FI71363C - Foerfarande och anordning foer raffinering av lignocellulosahaltigt material - Google Patents

Description

71363

Menetelmä ja laite lignoselluloosapitoisen aineen jauhamiseksi

Keksintö kohdistuu tapaan ja laitteeseen kuituaineen, erityisesti lignoselluloosapitoisen aineen kuten puuhakkeen jauhamiseksi.

Massateollisuudessa käytetään jauhatuksessa usein levy-jauhimia. Nämä on varustettu kahdella vastakkaisella jauhinlevyllä, jotka voivat pyöriä toistensa suhteen ympäröivässä jauhatuskammiossa. Jauhinlevyjä voidaan pyörittää vastakkaisiin suuntiin tai toista jauhinlevyä voidaan pyörittää toisen ollessa liikkumaton. Jauhinlevyt on varustettu jauhatussegmenttien muodostamilla jauhatuspinnoilla, joissa on jauhinelimet, jotka tavallisesti muodostuvat urien erottamista puomeista. Jauhatuspintojen väliin muodostuu säteittäisesti suunnattu jauhatusrako, jossa jauhatuspintojen jauhatuselimet työstävät lignoselluloosapitoista ainetta aineen kulkiessa ulospäin muun muassa toisen tai kummankin jauhinlevyn pyörinnän kehittämän keskipakoisvoiman vaikutuksesta. Aine syötetään jauhinlevyjen väliseen tilaan toisessa jauhinlevyssä olevien aukkojen kautta.

Tavallisesti puuhakkeesta muodostuvan aineen käsittelyssä kehittyy yleensä suuria höyrymääriä nesteestä, joka seuraa mukana tai lisätään suoraan jauhimeen. Höyryä tai muuta kaasua voidaan myös mahdollisesti lisätä suoraan jauhimeen. Neste on välttämätön ainevirtauksen varmistamiseksi jauha-tusraon läpi ja liian korkeiden lämpötilojen estämiseksi, jotka voisivat aiheuttaa aineen värin muuttumisen. Höyry aiheuttaa kuitenkin ongelmia, koska se häiritsee aineen virtausta jauhatusraon läpi. Höyry virtaa osaksi aineen mukana ulospäin jauhatusraossa ja osaksi sisäänpäin aineen syöttö-suuntaa vastaan. Ulospäin virtaava höyryn osa voi saavuttaa hyvin suuren nopeuden, mikä vaikuttaa häiritsevästi aineen virtaukseen. Lisäksi höyryn virtaus tapahtuu sykäyksittään, mikä vaikuttaa jauhatusraon vakavuuteen, niin 71 363 2 että ainevirta muodostuu epätasaiseksi, mikä huonontaa massan laatua.

Vastakkain pyörivillä jauhinlevyillä varustetuissa, tavanomaisissa levyjauhimissa aineen yksittäisiin hiukkasiin vaikuttaa aineen kulkiessa jauhatusraon läpi siitä jauhin-levystä tuleva keskipakovoima, jonka urissa hiukkaset sijaitsevat. Koska jauhinlevyt pyörivät vastakkaiseen suuntaan, molempien jauhinlevyjen välisessä tilassa sijaitsevat hiukkaset seisovat periaatteessa paikallaan ja niihin kohdistuu vain vierivä kontrolloimaton käsittely, niin että höyry ei voi vapaasti virrata ulos jauhatusraon läpi. Tämä johtaa aineen epätasaiseen käsittelyyn, jolloin lämpötilat ja aineen viipymäajat vaihtelevat kontrolloimattomasti.

Tämä seikka vaikuttaa negatiivisesti valmistetun tuotteen laatuun.

US-patentin 4 221 631 mukaan ehdotetaan höyryn poisjohtamista jauhatusraosta jauhatussegmenttien poikki menevien kanavien kautta. Tällä tavoin voitaisiin höyryn häiritsevää vaikutusta jauhatukseen pienentää. Näiden kanavien tukkeutuminen aiheuttaa kuitenkin uusia ongelmia, jolloin alkuperäinen ongelma on yhä jäljellä.

US-patentin 4 310 974 mukaisesti toiseen vastakkain pyörivään jauhinlevyyn on sovitettu aineen tuloaukko ja toiseen levyyn höyryn poistoaukko.

US-patentin 4 059 237 mukaan höyryn aiheuttamat ongelmat ratkaistaan erillisen höyryn poistokanavan avulla, joka on liitetty aineen tulokohtaan jauhinlevyn tuloaukon vieressä.

US-patentin 4 219 166 mukaisessa jauhimessa höyry johdetaan pois syöttöruuvin kautta vastavirtaan aineen syöttösuuntaa vastaan.

US-patentti 4 082 233 esittää jauhimen, jossa on kiinteä ja pyörivä jauhinlevy ja jossa höyryn erotuslaite on sijoitettu 71 363 3 jauhatusraon sisäpuolelle pyörivälle jauhinlevvlle. Höyry johdetaan siitä pois syöttöruuvissa olevan erillisen kanavan kautta.

Kaikkiin yllä esitettyihin, ennalta tunnettuihin ratkaisuihin kuuluu höyryn poisjohtaminen muiden kanavien kuin itse jauhatusraon kautta.

Suuren kapasiteetin ja tehon omaavien jauhatuslaitteiden kysyntä on lisääntynyt samoinkuin toivotus voida käyttää hyväksi laitteiston maksimaalisia suorituksia. Tämä on aiheuttanut ongelman, joka liittyy 1ignoselluloosapitoisen aineen virtauksen säätöön kahden vastakkain pyörivän jauhin-levyn välisen jauhatusraon kautta, erityisesti jauhatusraon kehäosassa. Aineen liikkuessa ulospäin jauhatusraon läpi on toivottavaa saada se samanaikaisesti siirtymään edestakaisin molempien jauhinlevyjen välissä. Tällä tavoin ainetta voidaan käsitellä enemmän yhdessä ainoassa jauhatus-vaiheessa. Käytännössä on kuitenkin osoittautunut, että aine kulkee jauhatusraon läpi liian nopeasti, jos toimenpiteisiin ei ryhdytä ainevirtauksen hidastamiseksi. Nopea läpikulku merkitsee aineen minimaalista käsittelyä. Aineen virtausta jauhatusraon läpi on sen tähden yritetty hidastaa varustamalla jauhatuspintojen puomit ja urat virtauksen ra-joittimilla. Tämä lisää kuitenkin jauhatuspintojen tukkeu-tumisvaaraa. Jauhimissa, joissa on kiinteä ja pyörivä jauhinlevy ja joissa kiinteällä jauhatuspinnalla on taipumuksena tukkeutua, on virtauksen rajoittimien tehoa ollut pakko pienentää, niin että aineen viipymäaika jauhatusraossa lyhenee, jolloin jauhimen teho pienenee. Vastakkain pyörivillä jauhinlevyillä varustetuissa jauhimissa virtauksen rajoittimet suurentavat yllä mainittuja, höyryn kuljetukseen liittyviä ongelmia.

Toinen yritys ratkaista ainevirtauksen säätöön kiinteällä ja pyörivällä jauhinlevyllä varustetussa jauhimessa liittyvä ongelma esitetään US-patentissa 4 090 672. Ensisijaisesti yritetään ratkaista ongelma, joka syntyy suuren höyryn 71363 4 paineen takia jauhatusraon kehäosassa. Jotta höyryä estettäisiin puhaltamasta osaksi jauhettua ainetta nopeasti ulos jauhatusraosta, käytetään keskipakovoimaa hyväksi höyryn erottamiseksi aineesta ja kanavan avaamiseksi höyryä varten, samalla kun aine pidetään jauhatuspintojen välissä. Tämä on kuitenkin johtanut kiinteän jauhatuspinnan tukkeutumiseen ja niin ollen pienentyneeseen jauhatustehoon. Jauhatuspinnan tukkeutuminen aiheuttaa käytännössä aineen viipymäajan lyhennyksen jauhatusraossa, niin että ainetta ei käsitellä riittävän tehokkaasti.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti yllä mainitut ongelmat poistetaan, ja keksintö merkitsee 1ignoselluloosapitoisen aineen tasaista ja tehokasta jauhatusta. Keksinnön tunnusmerkit käyvät selville patenttivaatimuksista.

Keksintö merkitsee siis, että kaasun (höyryn) häiritsevä vaikutus jauhatusvyöhykkeessä vältetään. Koska sisempi jauhatusväline työntyy ulomman jauhatusvälineen sisään, niin että jauhatusrako poikkeaa jauhatusvälineiden pyörimisakselin läpi menevästä säteittäistasosta, voidaan keskipakovoimaa käyttää hyväksi kaasumaisen väliaineen erottamiseen aineesta. Urat sisemmän jauhatusvälineen jauhatuspinnassa mahdollistavat tällöin kaasumaisen väliaineen kuljetuksen, jolloin vältytään sen häiritsevältä vaikutukselta aineeseen. Samalla aine pakotetaan ulomman jauhatusvälineen jauhatus-pintaa vasten, ja sille tapahtuu tasainen ja tehokas jauhatus. Kaasumainen väliaine voi siis virrata häiriöttä ulos jauhatusraon läpi vaikuttamatta epäedullisesti jauhatukseen tai jauhatusraon stabiliteettiin. Jauhetun aineen (massan) laadusta tulee tasaisempi. Edelleen vältytään ulomman jauhatuspinnan tukkeutumisongelmilta, koska ulompaa jauhatusvälinettä pyöritetään. Keskipakovoima vie niin ollen ulommassa jauhatuspinnassa olevan aineen ulospäin ulommassa jauhatuspinnassa olevia uria pitkin ja urien mahdollisten virtauksen rajoittimien yli. Tällöin aineeseen kohdistuu toivottu jauhatus. Keksinnön mukaisesti voidaan myös painetta ja lämpötilaa jauhatuksen aikana tehokkaasti säätää li 5 71363 säätämällä kaasumaisen väliaineen painetta ja lämpötilaa ympäröivässä jauhatuskammiossa. Tämä voidaan saada aikaan kaasumaisen väliaineen pääasiassa vapaan virtauksen avulla jauhatusraon läpi, mikä aiheuttaa suhteellisen pienen paineen ja lämpötilan alenemisen jauhatusraon läpi.

Erään edullisen suoritusmuodon mukaan sisemmän jauhatuspin-nan urat ovat pääasiassa vapaat virtauksen rajoittimista, jolloin varmistetaan kaasumaisen väliaineen tasainen ja keskeytymätön virtaus jauhatusraon läpi. Edelleen jauha-tuspintojen tulee sopivasti olla kartiomaiset, edullisesti siten, että ne muodostavat 15-75°:n kulman jauhatusväli-neiden pyörimisakselin läpi menevän säteittäistason kanssa. Vaihtoehtoisesti jauhatuspinnat voivat olla muulla tavoin kaarevat, esimerkiksi pallomaiset, niin että kulma jauha-tusvälineiden pyörimisakselin läpi menevän säteittäistason kanssa suurenee ulospäin. Sopivasti kulman tulee tässä tapauksessa suureta vähintään 5°:sta jauhatusraon alussa 15-85°:seen jauhatusraon lopussa.

Seuraavassa selitetään keksinnön joitakin suoritusmuotoja lähemmin viitaten piirustuksiin.

Kuvio 1 esittää osaksi läpileikkauksena keksinnön mukaista jauhinta.

Kuvio 2 esittää suurennettuna läpileikkauksena kuvion 1 mukaisten jauhatusvälineiden osaa.

Kuvio 3 esittää sisemmän jauhatusvälineen jauhatuspinnan yksityiskohtaa.

Kuvio 4 esittää ulomman jauhatusvälineen jauhatuspinnan yksityiskohtaa.

Kuvio 5 esittää poikkileikkauksena jauhatusvälineiden välisen jauhatusraon osaa.

Kuvio 6 esitää osittaisena läpileikkauksena keksinnön mukaisen jauhimen toista suoritusmuotoa.

Kuvion 1 mukaiseen laitteeseen kuuluu paineenpitävä jauhatus-kammio 1, joka ympäröi kahta pyörivää jauhatusvälinettä, 71363 6 sisempää jauhatusvälinettä 2 ja ulompaa jauhatusvälinettä 3. Jauhatusvälineet 2 ja vastaavasti 3 on asennettu kumpikin omalle akselilleen 4 ja vastaavasti 5, joita kannattavat laakeroinnit 6 ja vastaavasti 7 ja jotka voivat pyöriä vastakkaisissa suunnissa. Jauhettava aine syötetään jauha-tusvälineiden väliseen tilaan syöttösuppilossa 9 olevan ruuvi-syöttimen 8 avulla ulommassa jauhatusvälineessä 3 olevien aukkojen 10 kautta.

Jauhatusvälineet 2 ja vastaavasti 3 on varustettu irrotettavien jauhatussegmenttien 11 ja vastaavasti 12 muodostamilla jauhatuspinnoilla, joihin kuuluu puomit 13 ja vastaavasti 14 sekä välissä olevat urat 15 ja vastaavasti 16. Sisemmäs-sä ja vastaavasti ulommassa jauhatusvälineessä olevat jauha-tuspinnat ovat kartiomaiset ja rajoittavat väliinsä jauhatus-raon 17, joka muodostaa kulman, jauhatuskulman a, jauhatus-välineiden pyörimisakselin läpi menevän säteittäistason kanssa. Jauhatuskulma a on sopivasti 15-75°, edullisesti 20-60°. Jauhatusraossa 17 ainetta käsitellään (jauhetaan) sen kulkiessa ulospäin keskipakovoiman vaikutuksesta. Käsittelyn saavat aikaan jauhatussegmenttien puomit 13, 14. Jauhatuskulman suuruus määrätään ottaen huomioon joukko tekijöitä, kuten jauhatusvälineiden pyörimisnopeus, aineen toivottu viipymäaika jauhatusraossa, jauhatusvälineiden halkaisija, jauhatuspintojen muoto, toivottu jauhatusteho ja jauhatuskapasiteetti.

Sisemmän jauhatusvälineen 2 jauhatussegmentissä 11 olevat urat 15 ovat pääasiassa vapaat virtauksen rajoittimista kaasun tai höyryn kuljetuksen mahdollistamiseksi uria pitkin. Ulomman jauhatusvälineen jauhatussegmentin 12 urat 16 on sitä vastoin varustettu joukolla virtauksen rajoittimia 18, jotka pakottavat uria pitkin liikkuvan aineen ylös, niin että sille suoritetaan käsittely jauhatussegmenttien puomien 13, 14 välissä.

Suuttimen 19 kautta tapahtuu laimennusnesteen, esim. veden säädetty syöttö aineen konsentraation pitämiseksi halutulla 71363 7 tasolla. Jauhatuskammiossa ylläpidetään sopivasti ilmakehän paineen ylittävä paine höyryn tai kaasumaisen väliaineen avulla. Jauhettu aine ja kaasumainen väliaine poistetaan jauhatuskammiosta sopivalla tavalla esimerkiksi esittämättä jätetyn puhallusventtiilin kautta, joka voidaan liittää jauhatuskammion yläosaan. Myös muut ulossyöttölaitteet ovat tietysti mahdollisia.

Kuvion 6 mukainen suoritusmuoto eroaa kuvion 1 mukaisesta suoritusmuodosta pääasiassa ainostaaan jauhatusraon 20 kaltevuuden suhteen. Jauhatusraon 20 rajoittavissa jauha-tussegmenteissä 21, 22 on tässä pallomaiset pinnat. Näiden pallomaisten pintojen keskipiste sijaitsee jauhatusvälinei-den pyörimisakselilla. Tämä merkitsee sitä, että jauhatus-kulma asteittain suurenee säteittäisen välimatkan mukana pyörimiskeskuksesta. Samalla aineeseen jauhatusraon suunnassa vaikuttava keskipakovoiman osa pienenee mitä pitemmälle keskipisteestä aine joutuu. Tällä tavoin voidaan saavuttaa aineen tasaisempi syöttö jauhatusraon läpi. Pallomaisten pintojen tulee olla muotoiltuja siten, että jauhatuskulma vaihtelee ainakin 5°:sta jauhatusraon alussa 15-85°:seen sen lopussa. Tämä pätee myös silloin, kun useat erilaiset kartiomaiset pinnat muodostavat jauhatuspinnat.

Jauhettava aine, sopivasti puuhake, syötetään ruuvin 8 avulla ulompaan jauhatusvälineeseen 3 ja sisään aukkojen 10 kautta. Sen jälkeen aine viedään ulospäin jauhatusraon 17, 20 läpi jauhatusvälineiden 2, 3 kehittämän keskipakovoiman vaikutuksesta. Kaltevan jauhatusraon 17, 20 seurauksena keskipakovoima vie aineen samanaikaisesti ulompaa jauhatuspintaa kohti, niin että sisemmän jauhatuspinnan urat 15 pääasiassa vapautuvat aineesta. Tällöin muodostuu suhteellisen vapaa ja avoin kanava muodostuvan tai syötetyn höyryn kuljetusta varten ulospäin uria pitkin. Säätämällä painetta ympäröivässä jauhatuskammiossa voidaan höyryn kuljetusta säätää, niin että jauhatusraossa saadaan lämpötilan säätö.

8 71363

Ainetta käsittelevät jauhatuspintojen puomit 13, 14, jotka vaikuttavat aineeseen puristusvoimilla ja hiertovoimilla. Suurimmat puristusvoimat syntyvät, kun aine puristuu puomien reunojen väliin, kun taas hiertovoimat ovat suuret, kun ainetta hangataan puomien pintojen välissä. Ulomman jauha-tuspinnan uriin 16 sijoitettujen virtauksen rajoittimien vaikutuksesta aine pakotetaan ylös urista, niin että puomit käsittelevät sitä tasaisesti ja yhtenäisesti ilman höyryn häiritsevää vaikutusta. Keksinnön mukaisen jauhatuksen ansiosta jauhetun aineen sisältämä pitkien kuitujen määrä suurenee ja tikkupitoisuus pienenee. Tämä merkitsee jauhetun aineen laadun paranemista.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti voidaan jauhatusvälinei-den 2, 3 pyörimisnopeus valita ottaen huomioon kulman, jonka jauhatusrako 17, 20 muodostaa säteittäistason kanssa. Tällä tavoin voidaan saada kaasumaisen väliaineen toivottu erotus aineesta samoinkuin tavoiteltu jauhatusteho. Jauhatusta voidaan jauhatusvälineiden pyörimisnopeuden ja jauha-tuskulman lisäksi säätää myös muiden muuttujien avulla, esim. lignoselluloosapitoisen aineen koostumuksen, kosteuspitoisuuden, jauhatusraon pituuden ja leveyden avulla. Useimpia näistä muuttujista voidaan säätää jauhatusvälineiden kautta siirrettävän energian avulla.

Vaikka kuvioissa 2-5 esitetyt jauhatuspintojen kuviot ovat osoittautuneet edullisiksi keksintöä käytettäessä, keksintö ei tietysti rajoitu vain niihin. Urat 15 esitetyssä suoritusmuodossa ovat vapaat virtauksen rajoittimista kaasumaisen väliaineen vapaan virtauksen mahdollistamiseksi. Joissakin jauhatusolosuhteissa voidaan joitakin virtauksen rajoitti-mia tarvita myös urissa 15 keksinnön etuja menettämättä.

Nämä rajoittimet voivat sijaita eri tasoilla puomien 13 pinnan alapuolella, mutta ne voivat myös erikoistapauksissa ulottua aina jauhatustasoon asti.

Keksinnön mukaisen vinon jauhatusraon ansiosta voidaan jauhatusvälineiden kehittämä keskipakovoima jakaa kahteen li 9 71363 voimavektoriin. Toinen on suunnattu suorakulmaisesti jauhatusrakoa vastaan ja vie aineen sisemmältä jauhatus-pinnalta ulompaa kohti, ja toinen on suunnattu jauhatusrakoa pitkin ja varmistaa aineen kuljetuksen jauhatusraon läpi.

Claims (10)

71 363 10 Patenttivaatimuk set

1. Menetelmä jauhaa lignoselluloosapitoista ainetta kaasumaisen väliaineen läsnäollessa, jolloin aine syötetään jauha-tusrakoon kahden pyörivän ja toisiaan vastaan työskentelevän jauhatusvälineen välissä, jotka on varustettu jauhatus-pinnoilla, joihin kuuluu puomeja ja välissä olevia uria, jolloin ainetta käsitellään jauhatusraossa sen kulkiessa ulospäin keskipakovoiman vaikutuksesta ympäröivään jauhatuskammioon, tunnettu siitä, että jauhatusrako (17, 20), jota rajoittavat sisempi ja ulompi jauhatusväline (2, 3), johtaa aineen suunnassa, joka poikkeaa jauhatusvälineiden (2, 3) pyörimisakselin läpi menevästä säteittäistasosta, jolloin aine viedään keskipakovoiman vaikutuksesta sisemmän jauhatus-välineen (2) jauhatuspinnassa (11, 21) olevista urista (15) ulomman jauhatusvälineen (3) jauhatuspintaa (12, 22) kohti, niin että kaasumainen väliaine voi virrata sisemmän jauha-tuspinnan (11, 21) uria pitkin, samalla kun ainetta käsitellään jauhatusraossa (17, 20).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jauhatus suoritetaan ilmakehän paineen ylittävässä paineessa.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu t u siitä, että urien (16) virtauksen rajoittimet (18) pakottavat aineen sen kulkiessa ulospäin jauhatusraon (17, 20. läpi ylös ulomman jauhatusvälineen (3) jauhatuspinnan (12, 22) urista (16).

4. Laite lignoselluloosapitoisen aineen jauhamiseksi kaasumaisen väliaineen läsnäollessa, joka laite sisältää jauhatuskammion, jossa on kaksi vastakkaista ja pyörivää jauhatusvälinettä, jotka on varustettu jauhatuspinnoilla, joihin kuuluu puomeja ja välissä olevia uria, jolloin jau-hatusvälineet muodostavat väliinsä jauhatusraon aineen käsittelyä varten, joka aine keskipakovoiman vaikutuksesta kulkee ulospäin jauhatusraon läpi ympäröivään jauhatuskammioon, tunnettu siitä, että jauhatusvälineet (2, 3) 11 71 363 on sovitettu siten, että toinen sisempi jauhatusväline (2) työntyy toisen ulomman jauhatusvälineen (3) sisään, jolloin jauhatusrako (17, 20) poikkeaa jauhatusvälineiden (2, 3) pyörimisakselin läpi menevästä säteittäistasosta, ja että sisemmän jauhatusvälineen (2) jauhatuspinta (11, 21) on varustettu urilla (15), jotka mahdollistavat kaasun kuljetuksen uria pitkin.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että ulomman jauhatusvälineen (3) jauhatuspinnan (12, 22) urat (16) on varustettu virtauksen rajoittimilla (18) .

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että sisemmän jauhatusvälineen (2) jauhatuspinnan (11, 21) urat (15) ovat pääasiassa vapaat virtauksen rajoittumista .

7. Jonkin patenttivaatimuksien 4-6 mukainen laite, tunnettu siitä, että jauhatusrakoa (17) rajoittaa ainakin yksi sisemmän ja vastaavasti ulomman jauhatusvälineen (2 vast. 3. kartiomainen jauhatuspinta (11, 12).

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että jauhatusrako (17) muodostaa 15-75°:n kulman (a) jauhatusvälineiden (2, 3) pyörimisakselin läpi menevän säteittäistason kanssa.

9. Jonkin patenttivaatimuksien 4-6 mukainen laite, tunnettu siitä, että jauhatusraon (20) rajoittaa sisemmän ja vastaavsti ulomman jauhatusvälineen (2 vast. 3) kaareva, edullisesti pallomainen jauhatuspinta (21, 22), jolloin jauhatusraon (20) kulma jauhatusvälineiden (2, 3) pyörimisakselin läpi menevän säteittäistason kanssa suurenee ulospäin .

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu kulma suurenee ainakin 5°:sta jauhatusraon (20) alussa 15-85°:n kulmaksi jauhatusraon (20) lopussa. 12 71363