FI69881B - Foerfarande foer framstaellning av slipmassa - Google Patents

Description

I .'-«JILT! K U U L U TU SJ U L K AIS U . ..

^B1 11 UTLÄGG NI N GSSKRIFT 69881

c (45) 'ltL \ι:ϊ .. ,.,G

(51) Kv.lk.7int.Ci.4 D 21 B I/I8 SUOMI —FINLAND (21) Patenttihakemus — Patentansöknlng 782*115 (22) Hakemispäivä — Ansöknlngsdag 0 J . 08.78 (Fi) (23) Alkupäivä — Giltighetsdag 0 7.08.78 (41) Tullut julkiseksi — Blivit offentlig 1 7.08.79

Patentti- ja rekisterihallitus /44a Nähtäväksipanon ja kuul.julkaisun pvm.— j 1 12 8S

Patent- oeh registerstyrelsen ' ' Ansökan utlagd och utl.skriften publicerad 3 3 (32)(33)(31) Pyydetty etuoikeus — Begärd prioritet 16.02.78 Ruotsi-Sverige(SE) 7801813~2 (71) Mo och Domsjö Aktiebolag, Fack, 891 01 örnsköldsvik 1, Ruotsi-Sverige(SE) (72) Jonas Arne Ingvar Lindahl, Domsjö, Ruot si-Sverige(SE) (7*0 Oy Koister Ab (5*0 Menetelmä puuhiokkeen valmistamiseksi - Förfarande för framstä11 ning av siipmassu

Keksinnön kohteena on menetelmä puuhiokkeen valmistamiseksi.

Valmistettaessa puuhioketta on osoittautunut edulliseksi suorittaa hiominen korotetussa lämpötilassa energiantarpeen siten vähentämiseksi ja kuidutuksen helpottamiseksi. Varsin sopivaa on yhdistää korotettu lämpötila hiomiseen suljetussa kammiossa ylipaineen alaisen kaasun, esim. höyryn tai ilman läsnäollessa, energiankulutuksen edelleen vähentämiseksi, repäisvlujuuden, suotautu-vuuden ja bulkin parantamiseksi valmistetussa aineessa. Niinpä ruotsalaisessa patentissa 318 178 kuvataan menetelmä lignoselluloo-sapitoisen aineen hajoittamiseksi kuiduiksi, jolloin aine saatetaan hiomiskäsittelyyn pääasiallisesti suljetussa kammiossa kaasun läsnäollessa, joka on inertti kammiossa olevien aineiden suhteen 2 2 ja joka on ylipaineen 1,05-10,5 kp/cm , edullisesti 2,1-7,0 kp/cm :n alaisena, ja vettä, jonka lämpötila on vähintään 71°C, edullisesti noin 99°C, tuodaan aineelle hiomiskäsittelyn aikana. Tämän menetelmän mukaisesti saadaan lyhyesti esitettynä massa, jolla on pa- 2 69881 rempi suotautuvuus, vähemmällä energiankulutuksella, ja parantunut repäisylujuus verrattuna tavalliseen puuhiokkeeseen. On kuitenkin havaittu, että tätä menetelmää rasittavat monet haitat. Hiinpä mainitusta patentista käy ilmi, että vaaleudesta tulee epätyydyttävän alhainen kelvollisuusvaatimuksia varten. Ainoastaan noin 48-54 %:n GE voidaan saavuttaa taulukon I mukaisesti sivulla 4 tässä patentissa lisäämättä kemikaaleja suihkutusveteen, kun taas vaaleus, joka saavutetaan kemikaaleja lisäämällä, on noin 35-55 % GE, huolimatta siitä, että lisättyjen kemikaalien määrä on hyvin suuri. Vetolujuus, vaikka se onkin suurempi kuin tavallisella puuhiokkeella, ei liioin ole niin suuri kuin olisi toivottavaa, samoin kuin reoäisyindeksi ja sileys. Olisi myös toivottavaa, että prosessin energiantarvetta edelleen vähennetään.

Tämän keksinnön kohteena on poistaa edellämainitut haitat.

Tämän mukaisesti on tämän keksinnön kohteena menetelmä puuhiokkeen valmistamiseksi lignoselluloosapitoisista aineista, jolloin kuorittuja puupöllejä hiotaan tunnetulla tavalla suljetussa, höyryn ja/tai ilman ylipaineen alaisessa hiomalaitteessa, jatkuvasti vähintään 70°C:seen kuumennettua suihkutusvettä lisäten, joka sisältää orgaanisia ja epäorgaanisia kemikaaleja, minkä jälkeen saatu puuhioke lajitellaan, sakeutetaan, valkaistaan, laimennetaan, sakeutetaan ja kuivataan tai käsitellään edelleen paperikoneella, joka menetelmä on tunnettu siitä yhdistelmästä, että a) käytettyä valkaisuliuosta osittain käytetään valkaistun massan laimentamiseen, osittain, lämmittämisen jälkeen, lisätään suihkutusveteen ja mahdollisesti myös osaksi, lämmittämättä, johdetaan lajitteluosastolle b) sulppu hiomalaitteesta johdetaan hydrosykloniin höyryn erottamiseksi c) sakeutetaan höyrystä vapautettu sulppu ensimmäisessä vaiheessa 5-40 %:n sakeuteen, minkä jälkeen se laimennetaan 0,5-4,0 :n sakeuteen ja lajitellaan d) lajiteltu sulppu sakeutetaan toisessa vaiheessa 10-50 %:n sakeuteen ja sekoitetaan senjälkeen valkaisukemikaalien kanssa ja valkaistaan sekä laimennetaan käytetyllä valkaisuliuoksella 1-6 %:n sakeuteen e) laimennettu valkaistu massa sakeutetaan kolmannessa vaiheessa 10-50 %:n sakeuteen ja kuivataan senjälkeen tai käsitellään edelleen paperikoneella 3 6 9 8 8 Λ f) prosessivesi ensimmäisestä sakeutusvaiheesta johdetaan hiomalaitteeseen suihkutusvedeksi g) prosessivesi toisesta sakeutusvaiheesta johdetaan lajitte-luosastolle h) höyry hydrosyklonista käytetään sen käytetyn valkaisuliuok-sen kuumentamiseen, joka lisätään suihkutusveteen.

Ehdotetulla toimenpideyhdistelmällä on yllättäen mahdollista valmistaa puuhioketta huomattavasti vähentyneellä kokonaisenergian-kulutuksella ja oleellisesti parantuneilla lujuusominaisuuksilla sekä voimakkaasti parantuneella vaaleudella, aina noin 80 %:iin SCAN asti verrattuna ruotsalaisessa patentissa 318 178 kuvattuun massaan. Keksinnön mukaisesti valmistetulla puuhiokkeella on hyvin suuri taipuisien kuitujen pitoisuus, mikä tekee mahdolliseksi valmistaa paperia, jolla on alempi pintayksikön paino ja pienempi karheus kuin tähän asti on ollut mahdollista puuhiokkei1 la. Keksinnön mukaisesti valmistettua massaa voidaan sekoittaa kemiallisen massan, esim. sulfaatti- tai sulfiittisellun kanssa suurempi osuus kuin tähän asti on ollut mahdollista, minkä ansiosta puupitoisen paperin valmistuskustannuksia voidaan alentaa. Lisäksi se soveltuu raaka-aineeksi valmistettaessa paperia suuremmalta ja vaihtelevammalta laatualueelta, kuin mikä normaalisti on asian tila massoilla saantoalueelta 90-99 %, mikä johtuu pitkien kuitujen suuremmasta osuudesta ja suuremmasta lujuudesta.

Keksinnön mukainen menetelmä tuo edelleen mukanaan ympäristöllisiä etuja siten, että likaantuneiden prosessivesien poislaskettu tilavuus vähenee ja toimenpiteet jäteveden puhdistamiseksi sen ansiosta oleellisesti helpottuvat. Uuden tavan ansiosta, ottaa talteen höyryä hiomaprosessista ja käyttää tätä hyväksi prosessissa ja sen ulkopuolella, vähenee prosessin energiantarve huomattavasti verrattuna tunnettuihin prosesseihin.

Erityisen edullista sovellettaessa keksinnön raukaista menetelmää on viedä lämmitetty käytetty valkaisuliuos erilliseen säilytysastiaan ennen sekoittamista prosessiveden kanssa ensimmäisestä sakeutusvaiheesta ja johtaa tämä prosessivesi erityiseen puskuri-säiliöön. Täten vältetään lämpöhäviöitä ja kemikaalihäviöitä. Lämmitetty käytetty valkaisuliuos sisältää orgaanisia kemikaaleja, kuten orgaanisia happoja, jotka ovat peräisin lignoselluloosa-aineen hajoamisesta ja liukenemisesta, esim. muurahaishappoa, etikkahappoa, 69881 4 oksaalihappoa, erilaisia rasva- ja hartsihappoja ja orgaanisia korao-leksinmuodostajia, sekä epäorgaanisia kemikaaleja, kuten vetyperoksidia, ditioniittia, natriumhydroksidia, natriumsilikaattia, nat-riumfosfaattia ja magnesiumsulfaattia. Siihen voidaan, jos halutaan, lisätä stabiloimisaineita valkaisukemikaaleja varten, esim. magnesiumsulfaattia, kompleksinmuodostajia raskasmetallien sitomiseksi, esim. eteenidiamiinitetraetikkahappoa (EDTA), ja edelleen tuoreita valkaisukemikaaleja sekä pH-säätöaineita, esim. alkali-hydroksideja ja alkalisilikaatteja. Nämä aineet voidaan edullisesti lisätä käytetyn valkaisuliuoksen säilytysastiaan. Suihkutusveden vieminen suljettuun hiomalaitteeseen voi sopivasti tapahtua suur-painepumpun avulla, jonka imupuolelle tuodaan lämmitettyä käytettyä valkaisuliuosta ja prosessivettä enimmäisestä sakeutusvaiheesta. Prosessiveden ja käytetyn valkaisuliuoksen sekoittaminen voi tapahtua ennen pumpulle viemistä tai itse pumpussa. Esi lämmitetyn käytetyn valkaisuliuoksen tilavuuden suhde prosessiveden tilavuuteen ensimmäisestä sakeutusvaiheesta riippuu prosessin lämpötasapainosta, varsinkin valkaisutornissa käytetystä lämpötilasta, ja sen tulisi keksinnön mukaisesti olla väliltä 1:30 - 5:1.

Hiomalaitteesta tuleva sulppu viedään karkeampien puuosasten poistamisen jälkeen edullisesti välissä olevan painesäiliön kautta hydrosykloniin höyryn erottamiseksi. Poistuva höyry käytetään käytetyn valkaisuliuoksen, joka johdetaan hiomoon, lämmittämiseen, mikä tapahtuu edullisesti suoraan lauhduttaen. Ylimääräistä höyryä käytetään hyväksi lämmitystarkoituksiin prosessin yhteydessä tai muihin lämmitystarpeisiin. Samalla tavalla voidaan hiomalaitteesta ulospuhallettavaa ylimääräistä höyryä käyttää hyväksi esim. puun lämmittämiseen syöttösulussa.

Keksinnön erään erityisen edullisen suoritusmuodon mukaisesti lasketaan osa prosessivedestä ensimmäisestä sakeutusvaiheesta lämmönvaihtimeen ja johdetaan siitä lajitteluosastolle tai poistetaan prosessista. Tämä tekee mahdolliseksi sopivalla tavalla säätää lämpötilaa lajitteluosastolla ja valkaisimossa sekä käyttää hyväksi liikalämpöä prosessista. On edullista, että prosessivedestä ensimmäisestä sakeutusvaiheesta, ennen käyttämistä suihkutusvetenä hiomossa, poistetaan kuidut ja epäpuhtaudet.

Puuhiokkeen valkaisuun voidaan käyttää tunnettuja menetelmiä. Varsin edullista on keksinnön mukaisesti kuitenkin suorittaa 69881 5 valkaisu tornivalkaisuna ja tällöin välittömästi sekoittamisen jälkeen valkaisukemikaalien kanssa valkaisulaitoksessa ja ennen viemistä valkaisutorniin saattaa toisesta sakeutusvaiheesta tuleva sulp-pu nopeaan sakeutukseen ja palauttaa näin saatu valkaisuaineliuoksen ylimäärä jäähdytyksen jälkeen sekoituslaitteistoon.

Sopivia paine- ja lämpötilaolosuhteita keksinnön mukaisessa 2 menetelmässä ovat 0,2-10 kp/cm :n ylipaine suljetussa hioraalaitteessa ja suihkutusveden lämpötila 85-100°C. Puupöllien puristuksen hioma- 2 kiven pintaa vastaan tulee sopivasti olla väliltä 4-40 kp/cm ja 2 edullisesti väliltä 6-30 cm .

Keksinnön mukaista menetelmää kuvataan lähemmin kuvaan 1 liittyen.

Kuorittuja puupöllejä 1, joiden kosteuspitoisuus on 30-65 %, kuljetetaan syöttösulun 2 kautta hiomalaitteeseen 3, joka on varustettu mittausanturilla lämpötilaa ja painetta varten. Syöttösulku käsittää periaatteessa kamarin, jossa on liikkuva pohjaluukku ja liikkuva luukku yläpuolella. Syöttösulussa tapahtuu puupöllien tiettyä esilämmitystä höyrystä, jota kehittyy hiomalaitteessa, mutta erillistä höyryä joltakin kohdalta prosessia, jossa syntyy liikahöyryä, voidaan myös johtaa syöttösulkuun. Esilämmitetyt pöllit syötetään itse hiomatilaan viemällä pohjaluukku nopeasti sivuun niin, että pöllit omasta painostaan putoavat alas Dyörivää hiomakiveä 4 vastaan. Jotta pöllit saataisiin voimakkaasti painautumaan hiomakiveä vastaan, puristetaan näitä männän (ei näy kuvassa) avulla kiveä vastaan. So- 2 2 piva mäntäpaine on 4-40 kp/cm , edullisesti 6-30 kp/cm . Hiomalait- 2 teessä pidetään 0,2-10 kp/cm :n ylipaine. Ylipaineen valinta näätel-lään halutun massalaadun vaatimuksista. Mitä korkeampia laatuvaatimukset ovat, sitä suurempana täytyy ylipaine pitää annetuissa rajoissa. Puun hiomisen aikana johdetaan lämmitettyä suihkutusvettä johdon 5 kautta. Suihkutusveden tilavuutta vaihdellaan 400 litrasta 2500 litraan minuuttia kohti. Hionalaitteesta syötetään kuidutettua massaa painesäiliöön 6, jolloin mahdollisesti mukana olevat tikut hajotetaan tikkumurskaimessa 7. Kuidutettu puu kuljetetaan painesäi-liöstä hydrosykloniin 8, jossa erotetaan höyry, jonka lämpötila on väliltä 100-170°C. Erotettu höyry johdetaan johdon 36 kautta lauhdut-timeen 9, jossa se, edullisesti suoraan lauhduttamalla, saa luovuttaa lämpöä käytetylle valkaisuliuokselle, joka johdetaan hiomalaitteeseen. Liika höyry poistetaan höyrynlauhduttinesta johdon 10 kautta 6 6 9 8 81 ja käytetään hyväksi prosessin jossakin toisessa kohdassa tai muita lämmitys- tai energiatarpeita varten, esim. leijukuivurissa, höyryturpiinissa tai toisessa teollisuuslaitoksessa. Hydrosyklo-nista massa kuljetetaan vedenpoistolaitteeseen 11, esim. puristimeen, jossa se sakeutetaan 0,5-10 %:n sakeudesta 5-40 %:n sakeu-teen. Puristimelta poistuva prosessivesi, jonka lämpötila on 95-100°C, pumpataan säiliön 12 ja johdon 13 kautta suodatuslaitteeseen 14 ja sieltä puskurisäiliöön 15, joka on varustettu mittausanturilla lämpötilan ja tilavuuden sekä mahdollisesti myös kenikaaliväkevyyden rekisteröintiä varten. Osa suodatetusta prosessivedestä voidaan poistaa johdon 16 kautta. Tarvittaessa voidaan osa prosessivedestä puristimelta 11 ottaa johdon 17 kautta ja johtaa lämmönvaihtimeen 18 veden lämmittämiseksi, joka johdetaan putken 19 kautta ja otetaan johdosta 20. Prosessivesi voidaan sen jälkeen palauttaa lajittelu-osastolle 21 tai osaksi poistaa johdon 22 kautta. Puristimelta 11 massa viedään lajitteluosastolle 21, jossa se laimennetaan 0,5-4 %:n sakeuteen prosessivedellä, joka on tuotu johdon 32 kautta toisesta vedenpoistolaitteesta 23, ja lajitellaan. Lajitteluosastolta sulppu viedään vedenpoistolaitteeseen 23, joka edullisesti käsittää puristimen, jolla massasta poistetaan vettä 10-50 %:n sakeuteen.

Puristimelta 23 massa viedään sekoituslaitteeseen 24, jossa lisätään valkaisukemikaaleja, edullisesti peroksideja tai natrium-ditioniittia. Erään erikoisen edullisen suoritusmuodon mukaisesti, joka on esitetty kuvassa, saatetaan sen lisäksi valkaisukemikaalien kanssa sekoitettu massa välittömästi sekoittamisen jälkeen nopeaan vedenpoistoon puristimessa 25, mistä poispuristettu valkaisuaineliuos jäähdyttämisen jälkeen lämmönvaihtimessa 26 palautetaan sekoituslait-teeseen 24 johdon 27 kautta.

Erityisestä vedenpikapoistomenetelmästä on etuna, että saavutetaan korkea vaaleus alhaisella kemikaalien kulutuksella.

Massa, josta vettä on poistettu ja joka on sekoitettu valkaisukemikaalien kanssa, saatetaan sen jälkeen valkaisuun, edullisesti lämpötilassa väliltä 40-75°C ja 10-50 %:n sakeudessa valkaisutornis-sa 28, jossa viipymisaika on 15-180 minuuttia. Ennen tornista poistumista massa laimennetaan 1-6 %:n sakeuteen käytetyllä valkaisuliu-oksella. Valkaistu massa sakeutetaan sen jälkeen 10-50 %:n sakeuteen kolmannessa sakeutuslaitteessa 29, edullisesti suodatuspuris- 69881 7 timessa, minkä jälkeen se kuivataan tai johdetaan suoraan samassa yhteydessä olevaan paoeritehtaaseen. Bakeutuslaitteesta 29 poistuva käytetty valkaisuliuos palautetaan osittain laimennusnesteeksi val-kaisutorniin 28 johdon 30 kautta ja osittain johdon 31 kautta lämmönvaihtimeen 9, jossa se höyryllä hydrosyklonista 8 lämmitetään ja johdon 33 kautta johdetaan säilytysastiaan 34, jossa stabiloimisai-neita ja mahdollisesti tuoretta valkaisuaineliuosta lisätään johdon 35 kautta. Mikäli havaitaan sopivaksi, voidaan osa käytetystä val-kaisuliuoksesta sakeutuslaitteesta 29 palauttaa lajitteluosastolle johdon 43 kautta.

Toinen sopiva tapa lämmittää käytettyä valkaisuliuosta höyryllä hydrosyklonista 8 on kokonaan tai osittain johtaa höyry nus-kurisäiliöön 15, mikä esitetään katkoviivajohdolla 37, tai säilytys-astiaan 34, kuten esitetään katkoviivajohdolla 38.

Keksintöä valaistaan seuraavin suoritusesimerkein.

Esimerkki 1 Tämä esimerkki kuvaa puuhiokkeen valmistusta kuoritusta kuusipuusta, osittain tunnetun menetelmän mukaisesti hiomalla ilmakehän paineessa suihkutusvettä johtaen, jolla on normaali lämpötila ja joka sisältää käytettyä valkaisuliuosta (menetelmä A), osittain tunnetun menetelmän mukaisesti, jossa hiotaan suljetussa kammiossa korotetussa paineessa ja suihkutusvettä johtaen, ilman valkaisukemi-kaaleja, jonka lämpötila on korotettu (menetelmä B), osittain menetelmän A mukaisesti korotetulla paineella (menetelmä C), osittain hiomalla suljetussa kammiossa korotetussa paineessa ja suihkutusvettä johtaen, jonka lämpötila on korotettu ja joka sisältää käytettyä valkaisuliuosta, joka on lämmitetty ulkopuolisella höyryllä höyry-kattilasta (menetelmä D), osittain menetelmän D mukaisesti ottaen talteen hiontaprosessissa kehittynyt höyry ulkopuolisesti tuotetun höyryn sijaan päävaatimuksen tunnusosassa esitettyjen toimenpiteiden mukaisesti (menetelmä E).

Yksi avoin hiomalaite puuhiomossa, joka käsitti 8 hiomalaitet-ta, rakennettiin suljetuksi kuvassa 1 esitetyn hiomalaitteen 3 mukaiseksi ja varustettiin lämpötila- ja paineantureilla lämoötilan ja paineen mittaamiseksi hiomalaitteen sisällä. Hiomalaitteeseen syötettiin kuorittuja kuusipöllejä, joiden keskimääräinen kosteuspitoisuus oli 51 % 150 kg:n määrä kuivaa puuta. Puupöllien puristus 2 hiomakiven pintaa vastaan oli 5 kp/cm . Tällä näntäpaineella mitat- 69881 tiin hiomakiven käyttömoottorin tehonkulutukseksi 650 kW sekä ilmakehän paineessa että korotetussa paineessa. Hiomakiven ninnalle tuotiin suihkutusvettä 600 litran määrä minuutissa. Kaikissa kokeis-sa oli systeemipaine hiomalaitteen sisällä 1,0 kn/cn :n ylipaine, paitsi menetelmässä A, jossa käytettiin ilmakehän painetta. Muut olosuhteet eri kokeissa esitetään seuraavassa.

Menetelmä A

Suihkutusveden lämpötila oli 62°C. Suihkutusvesi oli käytettyä valkaisuliuosta tornivalkaisuvaiheesta ja sen summittainen koostumus oli:

Vetyperoksidia 0,5 g/1

Na2Si03 2,5 g/1

Eteenidiamiinitetraetikkahappoa 0,08 g/1

Etikkahappoa 3,0 g/1

Hartsi- ja rasvahappoja 0,2 g/1 ja sen pH oli 8,5.

Hiomalaitteessa mitattiin 65°C:n lämnötila. Saatu massa lajiteltiin, lisättiin kompleksinmuodostajia ja poistettiin vettä 0,5-1 %:n massasakeudesta 13 %:n massasakeuteen suodattimena. Sen jälkeen mitattiin valkaisemattoman massan vaaleus ja paperitekniset ominaisuudet. Massa sekoitettiin sen jälkeen valkaisukemikaalien kanssa ja valkaistiin valkaisutornissa. Tämä menetelmä on kuvattu amerikkalaisessa patentissa 4 029 543.

Menetelmä B

Suihkutusveden lämpötila oli 96°C ja se oli puhdasta vettä. Hiomalaitteessa mitattiin 112°C:n lämpötila. Saatu massa lajiteltiin, poistettiin vesi ja kuivattiin. Massan vaaleus ja paperitekniset ominaisuudet mitattiin. Tämä menetelmä on kuvattu ruotsalaisessa patentissa 318 178.

Menetelmä C

Menetelmä A toistettiin sillä erolla, että hiominen suoritettiin 1,0 kp/cm2:n ylipaineessa. Hiomalaitteessa mitattiin 70°C:n lämpötila. Massan sakeuden hiomalaitteesta poistuessaan mitattiin olevan 2,72 %. Sulppu vietiin sen jälkeen hydrosykloniin höyryn erottamiseksi, minkä jälkeen poistettiin vettä ruuvipuristimessa 23 %:n sakeuteen. Tämän jälkeen massa lajiteltiin, poistettiin vesi ja kuivattiin. Näin saadun massan vaaleus ja paperitekniset ominaisuudet mitattiin.

Menetelmä D

Menetelmä C toistettiin sillä erolla, että käytettyä valkai- 69881 suliuosta sisältävä prosessivesi ruuvipuristimelta lämmitettiin ulkopuolisella höyryllä höyrykattilasta 99,5°C:n lämpötilaan ja käytettiin suihkutusvetenä hiomalaitteessa. Hiomalaitteessa mitattiin tällöin 112°C:n lämpötila. Hiomalaitteesta poistuessa mitattiin sakeudeksi 2,89 %.

Menetelmä E

Menetelmä D toistettiin sillä erolla, että käytettyä valkaisu-liuosta sisältävä prosessivesi ruuvipuristimelta, jonka lämpötila oli 96°C, osittain käytettiin suihkutusvetenä hiomalaitteessa yhdessä noin 5 tilavuus-%:n kanssa käytettyä valkaisuliuosta valkai-sutornista, joka valkaisuliuos oli höyryllä hydrosyklonista kuumennettu 99°C:n lämpötilaan. Hiomalaitteessa mitattiin 113°C:n lämoo-tila.

Eri menetelmien vaikutus massan ominaisuuksiin käy ilmi seu-raavasta taulukosta.

Taulukko 1

Menetelmä A B C D E

Energiankulutus kuidutuksessa kWh/t 1150 1025 1100 950 950

Energiantarve suihkutus-veden kuumentamiseen kWt/t 0 1200 0 1200 0

Freeness, ml 140 145 150 145 157

Vetolujuus

Nev/tonmetriäAg 29 38 28 34 36

Repäisyindeksi

Newton * m2Ag 3,5 4,5 3,7 5,3 5,6

Tiheys kg/m2 404 392 402 380 378

Vaaleus, SCAN'in mukaan, % 66 59 65 66 65

Opasiteetti, % 91,1 92,5 92,2 91,9 92,3

Kuten taulukosta käy ilmi on keksinnön mukaisesti (menetelmällä E) valmistetulla massalla verrattuna ruotsalaisen patentin 318 178 mukaisesti saatuun massaan (menetelmä B) huomattavasti suurempi vaaleus (noin 10 %) ennen valkaisua, mikä tekee mahdolliseksi jälkeentulevalla valkaisuprosessilla saavuttaa 80 %:n lopullinen vaaleus. Tämä on huomattavasti suurempi, kuin mikä voidaan 10 69881 aikaansaada ruotsalaisen patentin 318 178 mukaisesti, ja lisäksi tämä vaaleus saadaan hyvin vähäisin kemikaalikustannuksin, mikä johtuu käytetyn valkaisuliuoksen palautuskierrätyksestä. Lisäksi saavutetaan keksinnön mukaisesti repäisyindeksiin noin 25 %:n nousu verrattuna menetelmään B ja kokonaista 60 % verrattuna menetelmään A (amerikkalainen patentti 4 029 543) ja menetelmään C (amerikkalainen patentti 4 029 543 korotetulla paineella), mistä on seurauksena, että keksinnön mukaisesti valmistettu massa sopii erinomaisen hyvin paperinvalmistukseen paperikoneella, sikäli, että rainan kat-keamisvaara oleellisesti pienenee. Mitä katkeamispituuteen tulee, joka on likimääräinen mitta siitä, kuinka pitkä naperisuikale voidaan vetää massasta ennenkuin suikale katkeaa omasta oainostaa, on se keksinnön mukaisesti valmistetulla massalla noin 29 % paremoi kuin ruotsalaisen patentin 318 178 mukaisella massalla, kun taas freeness'in suhteen kaikki koestetut massat ovat samanarvoisia. Keksinnön mukaisesti valmistetun massan alempi tiheys verrattuna ruotsalaisen patentin mukaiseen massaan tekee sen erityisen sopivaksi painopaperin ja -kartongin valmistukseen, joilla on pieni nintayk-sikön paino. Kuten taulukosta käy ilmi liittyy keksinnön mukaiseen menetelmään huomattava energiankulutuksen aleneminen itse kuidun vapauttamista varten hiomalaitteessa verrattuna tunnettuihin menetelmiin. Ottamalla höyry talteen keksinnön mukaisella tavalla saavutetaan lisäksi se etu, että puuhioketta voidaan valmistaa korkeassa lämpötilassa tuomatta ulkopuolista höyryä, minkä ansiosta säästetään hyvin suuria energiamääriä, noin 1450 kVJh/tonnia massaa, jos liikahöyryä hiomalaitteesta käytetään puun lämmittämiseen. Puun esi-lämmityksellä vähenee lisäksi hiomakivien kuluminen, mikä johtuu pienemmistä lämpöjännityksistä kiviaineksessa.

Yhteenvetona voidaan siten todeta, että tämä keksintö tekee mahdolliseksi valmistaa lujempaa nuuhioketta vähemmällä energiankulutuksella kuin tavanomaisessa tekniikassa. Samanaikaisesti saavutetaan yllättävän suuri vaaleus keksinnön mukaisesti valmistetussa massassa, huolimatta käytetyn valkaisuliuoksen toistetusta palautuskierrätyksestä, minkä voisi odottaa värjäävän massaa värjäävien aineiden kasautumisen vaikutuksesta.

Esimerkki 2

Esimerkki esittää puuhiokkeen tehdasmaisen valmistuksen keksinnön mukaisesti laitoksessa, joka on esitetty kuviossa 1.

11 69881

Kuorittuja kuusipöllejä 1, joiden kosteuspitoisuus oli 49 %, tuotiin luukuilla varustettuun syöttösulkuun 2 ja esilämraitettiin ylimääräisellä höyryllä hiomalaitteesta, joka höyry paineensäätö-venttiilin (ei näy kuvassa) ja johdon 39 kautta johdettiin syöttö-sulkuun. Lauhde syöttösulusta johdettiin pois putken 40 kautta. Viemisen jälkeen suljettuun hiomatilaan pöllejä puristettiin hiomaki- 2 veä vastaan männän avulla mäntäpaineella 7 kp/cm . Hiomatilassa pi-2 dettiin 1 kp/cm :n ylipaine. Johdon 5 kautta tuodun suihkutusveden tilavuus oli 800 1/min. ja 5,5 tilavuus-% suihkutusvedestä oli lämmitettyä käytettyä valkaisuliuosta säilytysastiasta 34. Hydrosyklo-nissa 8 erotettiin höyryä, jonka lämpötila oli 101°C. Erotettu höyry johdettiin välittömään lauhduttimeen 9 käytetyn valkaisuliuoksen johdosta 31 esilämmittämiseen. Välittömästä lauhduttinesta johdettiin putken 10 kautta 2,2 kg höyryä/min, jonka höyryn lämpötila oli 100°C ja jota käytettiin kuivausilman esilämmitykseen leijukuivai-raessa. Sulpun sakeus oli hiomalaitteesta poistuessa 2,38 % ja lämpötila 111°C. Hydrosyklonista massa kuljetettiin ruuvipuristimelle 11, jossa se sakeutettiin 2,44 %:n sakeudesta 24 %:n sakeuteen. Puristimelta poistuvan prosessiveden lämpötila oli 98°C. 720 minuuttilit-raa sitä pumpattiin säiliön 12 kautta kaarisihtiin 14, jolla kuidut ja epäpuhtaudet erotettiin, ja sieltä puskurisäiliöön 15. Noin 16 minuuttilitraa prosessivettä puristimelta 11 otettiin johdon 17 kautta lämmönvaihtimeen 18 lämmittämään vettä, jota käytettiin suihku-tusvetenä ja jonka lämpötila oli 50°C suodatuspuristimessa 29. Johdon 41 kautta poistuvan prosessiveden lämpötila oli 60°C ja se vietiin kokonaisuudessaan lajitteluosastolle 21. Puristimelta 11 massa kuljetettiin lajitteluosastolle 21, missä se laimennettiin 1,0 %:n sakeuteen prosessivedellä, jota johdettiin johdosta 32 ja edellä-mainitulla prosessivedellä johdosta 41. Lajitteluosastolta vietiin valmiiksi lajiteltu massa, jonka sakeus oli 0,8 %, vedenpoistolait-teeseen 23, joka käsitti yhdistetyn putkivedenerotin/ruuvipuristimen ja jossa siitä poistettiin vettä 26 %:n sakeuteen. Puristimelta 23 massa vietiin sekoituslaitteeseen 24. Johdon 42 kautta tuotiin sekoitus laitteeseen tuoretta valkaisuaineliuosta määrä, jossa oli 2,8 % vetyperoksidia, 4 % Na^iO^ ja 1,2 % NaOH, laskettuna kuivan massan painosta. Sekoituslaitteeseen 24 tuotiin myös palautettua, jäähdytettyä valkaisuaineliuosta putken 27 kautta sellainen määrä, että 69881 poistuvan sulpun sakeudeksi tuli 12 %. Välittömästi sekoittamisen jälkeen sekoituslaitteessa 24 poistettiin valkaisuaineita sisältävästä sulpusta vettä ruuvipuristimessa 25 24 %:n sakeuteen ja kuljetettiin sen jälkeen valkaisutorniin 28. Puristimessa 25 pois puristettu valkaisuaineliuos jäähdytettiin jäähdvttimessä 26 40°C:n lämpötilaan ennen viemistä sekoituslaitteeseen. Tornissa massaa valkaistiin 58°C:n lämpötilassa 1,5 tunnin ajan. Ennen tornista poistamista massa laimennettiin 4 %:n sakeuteen lisäämällä käytettyä valkaisuliuosta, joka oli saatu suodatuspuristimelta 29. Massa sakeutettiin 50 %:n sakeuteen suodatuspuristimella 29. Käytettyä valkaisuliuosta suodatuspuristimelta palautettiin osaksi (416 minuutti-litraa) valkaisutornin pohjalle johdon 30 kautta, kun taas 44 minuut-tilitraa kuljetettiin höyrynlauhduttimeen 9 johdon 31 kautta. Johdon 31 kautta kulkevan käytetyn valkaisuliuoksen lämpötila oli 58°C. Se lämmitettiin lauhduttimessa 9 98°C:seen, minkä jälkeen se johdettiin yli juoksulla varustettuun säilytysastiaan 34. Säilytysastiaan 34 lisättiin johdon 35 kautta 0,05 % MgSO^ · 7^0 ja 0,03 % dieteeni-triamiinipentaetikkahappoa (DTPA) laskettuna puun kuivapainosta. Säilytysastiasta 34 vietiin käytettyä valkaisuliuosta johdon 44 kautta suurpainepumpun 45 imupuolelle.

Energiankulutus kuidunvapautuksessa oli 1150 kVfh/tonnia massaa. Saadulla massalla oli seuraavat ominaisuudet:

Freeness, ml 108

Vetolujuus, Nm/kg 43 2

Repäisyindeksi, Nm /kg 5,6 3

Tiheys, kg/m 415

Vaaleus, % 80

Opasiteetti 91,2

Stabiloimisaineen lisäämisestä säilytysastiaan 34 yhdessä erikoisen valkaisumenetelmän kanssa oli siten seurauksena yllättävän suuri vaaleus odottamattoman alhaisella kemikaalikulutuksella. Energiankulutus oli hyvin alhainen huolimatta alhaisesta freeness-arvosta ja noin 1450 kWh/t massaa säästettiin höyryenergiassa ottamalla talteen prosessissa kehittynyt lämpö.

Esimerkki 3

Paperia valmistettiin keskisuurella koepaperikoneella noin 1 tonnista puuhioketta, joka oli valmistettu tämän keksinnön esimerkin 13 69881 2 mukaisesti. Soimassa yhteydessä valmistettiin paperia puuhiokkees-ta, joka oli valmistettu amerikkalaisen patentin 4 029 543 mukaisesti, sekä kaupallisesti saatavasta kuumahierteestä, jota yleisesti pidetään lujimpana kaikista tunnetuista mekaanisista massoista. Kaikki massat olivat valkaistuja. Massojen paperitekniset ominaisuudet ja energiankulutus valmistuksessa esitetään seuraavassa, jolloin on huomattava, että keksinnön mukaisesti valmistettu massa on valmistettu alhaisempaan freeness-arvoon kuin esimerkissä 1 paperin karheuden vähentämiseksi.

Taulukko 2

Massatyyppi Kuuma- Tavanomainen Keksinnön muk.

_ hierre puuhioke puuhioke

Energiankulutus, kWh/t 2100 1350 1150

Freeness, C.S.F., ml 110 105 108

Vetolujuus, Nttv/kg 38 35 43 2

Repäisyindeksi, N*m /kg 6,8 3,7 5,6

Tiheys, kg/irf* 410 423 415

Vaaleus, SCAN C 11:62 76 78 80

Opasiteetti, % 90,8 91,2 91,2

Taulukosta 2 käy ilmi, että kuumahierteen valmistuksessa kuluu miltei kaksikertaa niin paljon energiaa kuin valmistettaessa keksinnön mukaisesti kivihiottua massaa. Edelleen käy ilmi, että kuuma-hierteellä on korkein arvo repäisyindeksille.

Ennen paperin valmistusta sekoitettiin vastaavasti mekaanista massaa täysvalkaistun mäntysulfaattimassan kanssa, joka oli jauhettu 450 ml:n freeness-arvoon (jauhatusaste 28° Schopper-Rieglerin mukaan) ja jonka vaaleus oli 91,2 % SCAN. Valkaistun sulfaattimas-san osuus oli 40 %, jolloin loppumassa, ts. 60 %, oli testattavaa massaa. Valmiiden paperien ominaisuudet käyvät ilmi seuraavasta taulukosta : 69881 14

Taulukko 3

Massatyyppi Kuuna- Tavanomainen Keksinnön muk.

hierre puuhioke puuhioke

Pintayksikön paino, g/m2 81,8 81,9 81,3

Tuhkapitoisuus, % 777

Vetolujuus, NmAg^ 42,3 43,4 50,5

Repäisyindeksi, N. m2/kg 7,2 6,1 8,0

Venyvyys, 2,1 2,0 3,2 2

Valonsirontakerroin, m /kg 38,3 46,8 50,2

Vaaleus, SCAN % 78,5 79,5 80,5

Opasiteetti, % 86,6 87,8 90,1

Tiheys, kg/m2 513 537 516

Karheus, Bendtsen, SCAN-P

21:67 ml/min. ) 340 320 150 1) Keskiarvo pituus- ja poikkisuunnasta 2) Keskiarvo ylä- ja viirapuolelta.

Kuten yhdistelmästä taulukossa 3 käy ilmi on yllättävää kylläkin keksinnön mukaisella puuhiokkeella valmistettu paperi kauttaaltaan tullut lujemmaksi kuin paperi, joka sisältää kuumahierret-tä. Varsin yllättävää on, että repäisyindeksi ja venyvyys on tullut suuremmaksi kuin paperilla, joka sisältää kuumahierrettä, koska tällä massalla arkkikoestuksen mukaan taulukossa 2 oli suurin repäisy-indeksiarvo. Mitään varmaa selitystä siihen, miksi keksinnön mukaisesta massasta on saatu niin lujaa paperia sekoitettuna kemiallisen massan kanssa, ei toistaiseksi ole olemassa. Kuitumorfologiset tutkimukset ovat kuitenkin osoittaneet, että kuidut näyttävät vapautuvan toisenlaisella tavalla keksinnön mukaisesti kuidutettaessa kuin tavallisessa puuhiokkeen ja kuumahierteen valmistuksessa. Keksinnön mukaisesti kuidutettaessa näyttävät yksittäiset kuidut irtoavan lig-noselluloosa-aineen primäärisenämästä ja ensimmäisestä sekundaari-seinämästä (S^), niin että keskilamelli, joka koostuu miltei yksinomaan ligniinistä, tulee selluloosan ympäröimäksi. Kuiduista näyttää lisäksi tulevan hyvin fibrilloituneita ja taipuisia, mikä on eduksi kuitu-kuitu-sidoksille paperia valmistettaessa. Tavallisessa kivihionnassa saadaan usein murtumia kuitujen poikki, mistä on seu 69881 rauksena kuitujen lyheneminen ja lisäksi kuidut näyttävät olevan suoria ja jäykkiä. Termomekaanisessa menetelmässä tapahtuu kuidun vapautuminen usein keskilamellin ja selluloosan primääriseinämän poikki. Tuloksena on, että tietyt kuidut saavat ligniininäällysteen keskilamellista, mikä huonontaa kuitu-kuitu-sidoksia paperin valmistuksessa.

Yhteenvetona voidaan todeta, että ne edut, jotka ovat voitettavissa tämän keksinnön mukaisella menetelmällä, ovat, että massan valmistuskustannukset tulevat pienemmiksi kuin mihin on mahdollista päästä tunnetulla tekniikalla. Tietyn lujuuden saamiseksi paperiin voidaan massan valmistuksessa energiankulutusta oleellisesti alentaa. Edelleen voidaan valmistaa paperia, jolla on alempi pinta-yksikön paino, jatkuvasti säilynein ominaisuuksin, tai voidaan jopa saada paperia, jolla on paremmat ominaisuudet, kuten parempi for-maatio ja suurempi opasiteetti. Valmistettaessa paperia sekoitettuna kemiallisen massan, kuten sulfaatti- tai sulfiittisellun kanssa, voidaan kemiallisen massan paino-osuutta alentaa. Lopputuloksena saadaan paperia, jolla on muuttumattomat tai paremmat ominaisuudet, mutta pienemmin valmistuskustannuksin. Mekaanisen massan suuremmalla osuudella kasvaa paperin opasiteetti, mikä edistää paperin paino-ominaisuuksia.

Palautuskierrättämällä suihkutusvettä tämän keksinnön mukaisesti, saadaan liuenneitten puuaineiden rikaste, mikä helpottaa ympäristöä häiritsevien aineiden huostaanottoa ja käsittelyä.

Claims (10)

16 69881

1. Menetelmä puuhiokkeen valmistamiseksi lignoselluloosa-pitoisista aineista, jolloin kuorittuja puupöllejä hiotaan tunnetulla tavalla suljetussa, höyryn ja/tai ilman ylipaineen alaisessa hiomalaitteessa jatkuvasti lisäten vähintään 70°C:een kuumennettua suihkutusvettä, joka sisältää orgaanisia ja epäorgaanisia kemikaaleja, minkä jälkeen saatu puuhioke lajitellaan, sakeutetaan, valkaistaan, laimennetaan, sakeutetaan ja kuivataan tai käsitellään edelleen paperikoneella, tunnettu yhdistelmästä, jossa a) käytetty valkaisuliuos osittain käytetään valkaistun massan laimentamiseen, osittain, kuumentamisen jälkeen, lisätään suihku-tusveteen ja mahdollisesti myös lämmittämättä, osaksi viedään lajit-teluosastolle (21), b) massa hiomalaitteesta (3) viedään hydrosykloniin (8) höyryn erottamiseksi, c) höyrystä vapautettu sulppu sakeutetaan ensimmäisessä vaiheessa (11) 5-40 %:n sakeuteen, minkä jälkeen se laimennetaan 0,5-4,0 %:n sakeuteen ja lajitellaan (21), d) lajiteltu sulppu sakeutetaan toisessa vaiheessa (23) 10-50 %:n sakeuteen ja sen jälkeen sekoitetaan (24) valkaisukemi-kaalien kanssa ja valkaistaan (28) sekä laimennetaan käytetyllä valkaisuliuoksella 1-6 %:n sakeuteen, e) laimennettu valkaistu sulppu sakeutetaan kolmannessa (29) vaiheessa 10-50 %:n sakeuteen ja sen jälkeen kuivataan tai käsitellään edelleen paperikoneella, f) prosessivettä ensimmäisestä sakeutusvaiheesta (11) johdetaan hiomalaitteeseen (3) suihkutusvedeksi, g) prosessivettä toisesta sakeutusvaiheesta (23) johdetaan lajitteluosastolle (21), h) höyryä hydrosyklonista (8) käytetään käytetyn valkaisu-liuoksen, joka johdetaan suihkutusveteen, kuumentamiseen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mentelmä, tunnettu siitä, että kuumennettu käytetty valkaisuliuos lämpö- ja kemikaali-häviöiden välttämiseksi viedään erilliseen säilytysastiaan (34) ennen sekoittamista prosessiveteen ensimmäisestä sakeutusvaiheesta (11), joka prosessivesi johdetaan erilliseen puskurisäiliöön (15). 17 69881

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuumennettuun käytettyyn valkaisuliuokseen lisätään sta-biloimisaineita valkaisukemikaaleja varten, kompleksinmuodostajia ja mahdollisesti lisää tuoreita valkaisukemikaaleja pH:n säätely-aineita.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuumennettu käytetty valkaisuliuos ja prosessivesi ensimmäisestä sakeutusvaiheesta (11) viedään hiomalaitteeseen (3) yhteisen suurpainepumpun (45) kautta ja että molemmat nesteet sekoitetaan pumpun imupuolella tai ennen sinne tuloa.

5. Patenttivaatimusten 1-4 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että käytetty valkaisuliuos kuumennetaan höyryllä hyd-rosyklonista (8) suoraan lauhduttamalla ja että liikahöyry käytetään hyväksi lämmitystarkoituksiin prosessin yhteydessä tai muihin lämmitystarpeisiin.

6. Patenttivaatimusten 1-5 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että osa prosessivedestä ensimmäisestä sakeutusvaiheesta (8) lasketaan lämmönvaihtimeen (18) ja siitä johdetaan lajittelu-osastolle (21) tai poistetaan prosessista lämpötilan säätelemiseksi lajitteluosastolle ja valkaisimossa (28) sekä liikalämmön hyväksikäyttämiseksi prosessista.

7. Patenttivaatimusten 1-6 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että prosessivedestä ensimmäisestä sakeutusvaiheesta (11), joka vesi johdetaan hiomalaitteeseen (3) suihkutusvedeksi sakeutusvaiheen jälkeen, poistetaan (14) kuidut ja epäpuhtaudet.

8. Patenttivaatimusten 1-7 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että valkaisu suoritetaan tornivalkaisuna (28) ja että tällöin toisesta sakeutusvaiheesta (23) tuleva massa välittömästi sekoittamisen jälkeen valkaisukemikaalien kanssa sekoituslaittees-sa (24) ja ennen viemistä valkaisutorniin (28) sakeutetaan (25) nopeasti ja että näin saatu valkaisuaineliuoksen ylimäärä jäähdyttämisen (26) jälkeen palautetaan sekoituslaitteeseen (24).

9. Patenttivaatimusten 1-8 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, etä ylipaine hiomalaitteessa (3) pidetään välillä 0,2-10 kp/cm^, että suihkutusveden lämpötila pidetään välillä 85-100°C ja että puupöllien (1) puristus hiomakiven (4) pintaa vastaan on 4-40 2. kp/cm , edullisesti 6-30 kp/cm .

10. Patenttivaatimusten 1-9 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että esilämmitetyn käytetyn valkaisuliuoksen tilavuuden suhde ensimmäisen sakeutusvaiheen (11) prosessiveden tilavuuteen on väliltä 1:30-5:1. 18 69881