FI71364B

FI71364B - FOERFARANDE OCH KVARN FOER MALNING AV FIBER

Info

Publication number: FI71364B
Application number: FI850159A
Authority: FI
Inventors: Kari Ebeling; Soili Hietanen
Original assignee: Tampella Oy Ab
Priority date: 1985-01-15
Filing date: 1985-01-15
Publication date: 1986-09-09
Also published as: FI850159L; FI850159A0; FI71364C

Description

, 71364, 71364

Menetelmä ja jauhin kuitujen jauhamiseksiMethod and grinder for grinding fibers

Keksinnön kohteena on menetelmä selluloosapitoisten tai muiden hydrofiilisten kuitujen jauhamiseksi, jossa kui-5 dut johdetaan jauhimen jauhinpesään sovitetun kahden vastakkaisen, välimatkan päässä toisistaan olevan ja toistensa suhteen liikkuvan jauhinpinnan väliin muodostettuun jauha-tusvyöhykkeeseen ja saatetaan jauhatusvyöhykkeessä jauhatus-vaikutuksen alaiseksi jauhinpintojen avulla, joissa on teriä 10 ja niiden välisiä solia sekä jauhin menetelmän soveltamiseksi .The invention relates to a method for grinding cellulosic or other hydrophilic fibers, in which the fibers are introduced into a grinding zone formed between two opposite, spaced-apart and movable grinding surfaces arranged in the grinding mill of the refiner and subjected to grinding in the grinding zone. 10 and between them and a grinder for applying the method.

Tällaiset menetelmät ja jauhimet ovat erittäin yleisiä puunjalostusteollisuudessa. Esimerkkinä voidaan tällöin mainita FI-patenttihakemuksessa 792176 esitetty ratkaisu.Such methods and refiners are very common in the wood processing industry. The solution presented in FI patent application 792176 can be mentioned as an example.

15 Sellukuitujen jauhatus paperin ja kartongin valmistuksen yhteydessä tapahtuu nykyisin matalassa eli n. 2-6 % sakeu-dessa. Matalasakeusjauhinten toimintaa käsittelevässä kirjallisuudessa on todettu, että sekä kartiojauhinten että levyjauhinten staattoriurissa esiintyy hyvin usein ns. sul-20 pun paluuvirtausta. Tämä paluuvirtaus johtuu siitä, että jauhimen roottoriurissa kiihdytetty virtaus törmää jauhin-perän seinään kaikkialla muualla paitsi siinä kohdassa, jossa virtaus poistuu jauhimesta eli toisinsanoen jauhimen ulosvirtausaukon kohdassa. Em. jauhinpesän seinään tapah-25 tuvan törmäyksen vaikutuksesta virtauksen liike-energia muuttuu Bernoullin lain mukaisesti paine-energiaksi, jolla tarkoitetaan sitä, että jauhinpesän seinään törmäävän virtauksen paine kasvaa samalla, kun virtauksen nopeus putoaa lähes nollaan. Kasvaneen paineen seurauksena sulppu pystyy 30 virtaamaan jonkin matkaa takaisin staattoriuriin. Tätä staattoriurissa takaisinpäin tapahtuvaa virtausta kutsutaan alalla paluuvirtaukseksi.15 Pulp fibers are currently ground in connection with the production of paper and board at a low consistency, i.e. about 2-6%. In the literature on the operation of low-density refiners, it has been found that in the stator grooves of both conical refiners and disc refiners there are very often so-called sul-20 pun return flow. This return flow is due to the fact that the accelerated flow in the rotor groove of the refiner impinges on the wall of the refiner stern everywhere except at the point where the flow exits the refiner, i.e. at the point of the refiner outlet. Em. as a result of a collision with the wall of the refiner housing, the kinetic energy of the flow is converted into pressure energy according to Bernoulli's law, which means that the pressure of the flow impinging on the wall of the refiner housing increases while the flow rate drops to almost zero. As a result of the increased pressure, the stock is able to flow some distance back into the stator grooves. This backflow in the stator groove is called return flow in the art.

Em. paluuvirtauksen vuoksi jauhatusvyöhykkeellä olevien kuitujen viipymisaikajakautuma on hyvin heterogeeninen. 35 Jauhimen aikaansaaman jauhatuskäsittelyn tasaisuuden kannalta olisi edullista, että jauhettavaksi tarkoitetut sulpun 71364 2 virtaus jauhatusvyöhykkeen läpi olisi tulppamainen. Edellytyksenä tulppamaisen läpivirtauksen aikaansaamiselle on se, että tunnetuissa laitteissa esiintyvä roottoriurista sinkoutuvan sulpun haitallinen törmäys jauhinpesän seinämiin 5 pystytään estämään.Em. due to the return flow, the residence time distribution of the fibers in the grinding zone is very heterogeneous. From the point of view of the uniformity of the grinding treatment provided by the refiner, it would be advantageous for the flow of the pulp 71364 2 to be ground through the grinding zone to be plug-like. A prerequisite for providing a plug-like flow is that the harmful impact of the pulp ejected from the rotor grooves into the walls 5 of the refiner housing in known devices can be prevented.

Keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, jolla aiemmin käytetyn tekniikan yhteydessä ilmenneet heikkoudet pystytään poistamaan. Tähän on päästy keksinnön mukaisen menetelmän avulla. Keksinnön mukaisen menetelmän 10 perusideana on ollut paperikoneen yhteydestä tunnetun manifold-periaatteen käyttö jauhimen yhteydessä. Manifold-periaate on puunjalostusteollisuudessa erittäin tunnettu periaate ja sitä käytetään esimerkiksi paperikoneen perä-laatikon syöttöputkiston yhteydessä. Manifold-putkisto jakaa 15 tällöin perälaatikkoon tulevan laimean sulppuvirtauksen koko paperikoneen leveydelle. Käänteisellä järjestelyllä on näin ollen mahdollista kerätä yhteen tasainen virtaus, kääntää alkuperäistä virtaussuuntaa haluttu määrä, esimerkiksi 90 % ja johtaa näin yhdistetty päävirtaus pois virtauksen yhdis-20 telyalueelta. Keksinnön mukainen menetelmä on täsmällisesti sanottuna tunnettu siitä, että kuitujen tasaisen, jauhimen läpi kulkevan virtauksen aikaansaamiseksi jauhimen jauhatus-vyöhykkeen ulosmenovirtaukset kerätään yhteen ja johdetaan ulos jauhinpesästä käänteisen manifold-järjestelyn avulla.The object of the invention is to provide a method by which the weaknesses which have arisen in connection with the prior art can be eliminated. This has been achieved by the method according to the invention. The basic idea of the method 10 according to the invention has been the use of the manifold principle known in connection with a paper machine in connection with a refiner. The Manifold principle is a well-known principle in the wood processing industry and is used, for example, in connection with the feed piping of a paper machine headbox. The Manifold piping then distributes the dilute pulp stream into the headbox over the entire width of the paper machine. Thus, with the inverse arrangement, it is possible to collect a uniform flow, reverse the original flow direction by the desired amount, for example 90%, and thus direct the combined main flow out of the flow combining region. Specifically, the method according to the invention is characterized in that in order to achieve a uniform flow of fibers through the refiner, the outlet streams of the refining zone of the refiner are collected together and led out of the refiner housing by means of an inverse manifold arrangement.

25 Keksinnön tarkoituksena on myös saada aikaan laite, jonka avulla menetelmää pystytään soveltamaan. Tähän on päästy keksinnön mukaisen laitteen avulla, joka on puolestaan tunnettu siitä, että jauhimen jauhatusvyöhykkeen ulos-menoon, jauhatusvyöhykkeen ulkoreunalle on sovitettu olen-30 naisesti 360° jauhimen ympäri ulottuva purkauskanava, joka on yhdistetty poikkileikkaukseltaan tasaisesti laajenevaan, simpukkamaiseen kuitujen ulosvirtausputkeen.It is also an object of the invention to provide a device by means of which the method can be applied. This is achieved by means of the device according to the invention, which in turn is characterized in that a discharge channel extending substantially 360 ° around the refiner is arranged at the outlet of the refining zone of the refiner, connected to a uniformly expanding mussel-like fiber of cross-section.

Keksinnön etuna on ennen kaikkea se, että jauhatus-käsittely on erittäin tasaista aiemmin käytettyyn tekniik-35 kaan verrattuna, jolloin jauhimelta saatavan massan lujuus paranee vastaavasti erittäin huomattavasti, jopa 20 - 30 % 71 364 3 tunnettuihin jauhimiin verrattuna. Keksinnön etuna on lisäksi sen edullisuus käytössä. Saavutettava energiansäästö käytössä perustuu pieneen tyhjäkäyntitehoon ja nykyisiä ratkaisuja parempaan jauhatuksen tehokkuuteen.The advantage of the invention is, above all, that the grinding treatment is very uniform compared to the prior art, whereby the strength of the pulp obtained from the refiner is correspondingly greatly improved, up to 20-30%, compared with the known refiners. A further advantage of the invention is its advantage in use. The achievable energy savings in use are based on low idle power and better grinding efficiency than current solutions.

5 Keksintöä ryhdytään seuraavassa selvittämään tar kemmin oheisessa piirustuksessa kuvatun tunnetun tekniikan ja keksinnön edullisten suoritusmuotojen avulla, jolloin kuvio 1 esittää periaatekuvantona keksinnön lähtökohtana olevan tunnetun tekniikan mukaista kartiojauhinta 10 sivulta nähtynä, kuvio 2 esittää periaatekuvantona keksinnön lähtö kohtana olevan tunnetun tekniikan mukaista levyjauhinta sivulta nähtynä, kuvio 3 esittää periaatekuvantona keksinnön mukaista 15 kartiojauhinta sivulta nähtynä, kuvio 4 esittää periaatekuvantona keksinnön mukaista levyjauhinta sivulta nähtynä, kuvio 5 esittää kuvion 3 mukaista jauhinta osittain leikattuna perspektiivikuvantona ja 20 kuvio 6 esittää kuvion 4 mukaista jauhinta osittain leikattuna perspektiivikuvantona.The invention will now be explained in more detail by means of the prior art and preferred embodiments of the invention described in the accompanying drawing, in which Fig. 1 shows a schematic side view of a prior art conical grinder 10, Fig. 2 shows a schematic side view of a prior art plate grinder Fig. 3 shows a schematic side view of a cone grinder 15 according to the invention, Fig. 4 shows a schematic side view of a disc grinder according to the invention, Fig. 5 shows the grinder according to Fig. 3 in a partially sectioned perspective view and Fig. 6 shows a grinder in Fig. 4 in a partially sectioned perspective view.

Kuvioissa 1 ja 2 on esitetty periaatteellisesti tunnetun tekniikan mukaiset kartio- ja levyjauhimet. Kuvioissa 1 ja 2 on jauhinpesää merkitty viitenumeroilla 1 ja 1'. Jau-25 himen roottorin ja staattorin jauhinpintoja on puolestaan merkitty viitenumeroilla 2 ja 3 sekä vastaavasti numeroilla 2' ja 3'. Em. tunnettujen jauhinten rakenne ja toiminta on alan ammattimiehelle täysin tunnettua tekniikkaa, joten näitä seikkoja ei selvitetä tässä yhteydessä tarkemmin. Jau-30 hettavan massan kulkusuunta on kuvioiden 1 ja 2 esimerkkeihin merkitty nuolten avulla. Kuvioihin 1 ja 2 on lisäksi katkoviivoin piirretyillä ympyröillä merkitty esimerkit kohdista, joissa virtaus törmää jauhinpesän 1 tai 1' seinään, jolloin seurauksena on haitallisen paluuvirtauksen 35 syntyminen, kuten edellä on jo todettu.Figures 1 and 2 show, in principle, cone and plate grinders according to the prior art. In Figures 1 and 2, the refiner housing is denoted by reference numerals 1 and 1 '. The grinding surfaces of the rotor and stator of the Jau-25 lime are in turn denoted by reference numerals 2 and 3 and by the numerals 2 'and 3', respectively. Em. the construction and operation of the known refiners is a technique well known to a person skilled in the art, so these aspects will not be explained in more detail in this context. The direction of travel of the pulp of powder 30 is indicated by the arrows in the examples of Figures 1 and 2. In addition, Figures 1 and 2 show, by dashed circles, examples of points where the flow impinges on the wall of the refiner housing 1 or 1 ', resulting in the formation of a harmful return flow 35, as already stated above.

, 71364 4, 71364 4

Keksinnön mukainen kartiojauhin on esitetty kuvioissa 3 ja 5 ja keksinnön mukainen levyjauhin puolestaan kuvioissa 4 ja 6. Kuvioissa 3 ja 5 on jauhinpesää merkitty yleisesti viitenumerolla 11, roottorin ja staattorin jauhinpintoja 5 viitenumeroilla 12 ja 13. Kuvioissa 4 ja 6 on jauhinpesää merkitty yleisesti viitenumerolla 11' ja roottorin ja staattorin jauhinpintoja vastaavasti viitenumeroilla 12' ja 13'. Kuvioissa 3-6 esitettyjen jauhinten pyöritys tapahtuu alalla täysin tunnetulla tavalla, joten ko. seikkoja ei 10 selvitetä tarkemmin tässä yhteydessä. Sulpun virtaussuunta on kuvioissa 3-6 esitetty nuolten avulla.The conical grinder according to the invention is shown in Figures 3 and 5 and the disc grinder according to the invention in turn shown in Figures 4 and 6. In Figures 3 and 5 the grinder housing is generally indicated by reference numeral 11, rotor and stator grinding surfaces 5 by reference numerals 12 and 13. Figures 4 and 6 are generally indicated by reference numeral 11. 'and the grinding surfaces of the rotor and stator with reference numerals 12' and 13 ', respectively. The rotation of the refiners shown in Figures 3-6 takes place in a manner fully known in the art, so that the issues 10 will not be clarified in more detail in this context. The flow direction of the stock is shown in Figures 3-6 by arrows.

Kuvioiden 3-6 esimerkeissä on kuvattu käänteinen manifold-periaate matalasakeuskartiojauhimen ja matala-sakeuslevyjauhimen ulostulovirtaukseen sovellettuina. Kek-15 sinnön mukaisesti virtaus kerätään tasaisesti jauhatusvyö-hykkeen ulkoreunalta ja ohjataan olennaisesti 360° jauhimen ympäri ulottuvan tasasuuren purkauskanavan 14, 14' kautta poikkileikkaukseltaan tasaisesti laajenevaan simpukkamaiseen kuitujen ulosvirtausputkeen 15, 15'. Esitettyjen rakentei-20 den avulla jauhinpintojen 12 ja 13 tai 12' ja 13' väliin muodostetun jauhatusvyöhykkeen läpäissyt virtaus ei törmää jauhinpesän 11 tai 11' seiniin, kuten tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisuissa. Haitallista paluuvirtausta ei näin ollen synny.The examples in Figures 3-6 illustrate the inverse manifold principle applied to the outlet flow of a low-consistency cone refiner and a low-consistency plate refiner. According to the invention, the flow is evenly collected from the outer edge of the grinding zone and directed through a uniform discharge channel 14, 14 'extending substantially 360 ° around the refiner into a uniformly expanding shell-like fiber outflow tube 15, 15'. By means of the structures shown, the flow passing through the grinding zone formed between the grinding surfaces 12 and 13 or 12 'and 13' does not collide with the walls of the grinding housing 11 or 11 ', as in the prior art solutions. Thus, no harmful return flow occurs.

25 Em. käänteinen manifold-virtauskanavajärjestely on täysin välttämätön, mikäli halutaan, että jauhettava kuitu-sulppu kulkee tulppamaisena virtauksena tasaisesti jauhimen läpi.25 Em. an inverse manifold flow channel arrangement is absolutely necessary if the fibrous pulp to be ground is to flow smoothly through the refiner as a plug-like flow.

Mikäli jauhimena käytetään kartiojauhinta tai sel-30 laista levyjauhinta, jossa jauhatusvyöhykkeen syöttöpuolen halkaisija on suurempi kuin poistopuolen halkaisija, niin keksinnön mukaisesti kuidut myös syötetään jauhimeen mani-fold-virtauksen avulla. Tällainen rakenne on esitetty kuvioissa 3 ja 5. Syöttöpuolen rakenne kuvioissa 3 ja 5 on 35 periaatteeltaan täysin vastaava kuin poistopuolen rakenne, joka on selvitetty edellä. Jauhatusvyöhykkeen sisääntuloon 71364 5 on tällöin liitetty poikkileikkaukseltaan tasaisesti pienenevä simpukkamainen sisäänvirtausputki 16. Em. sisään-virtausputki on puolestaan yhdistetty jauhatusvyöhykkeen ulkoreunalle sovitettuun olennaisesti 360° jauhimen ympäri 5 ulottuvaan tasasuureen purkauskanavaan 17. Em. järjestelyllä saadaan kuitusulppu jaettua mahdollisimman tasaisesti jauhatusvyöhykkeeseen heti vyöhykkeen alussa.If the refiner or conical refiner is used sel-30 form of a disk refiner, where the refining feed side has a diameter greater than the diameter of the exhaust side, then in accordance with the invention, the fibers are fed into the refiner mani-fold-flow. Such a construction is shown in Figures 3 and 5. The supply-side structure shown in Figures 3 and 5 is in principle 35 fully equivalent to the structure of the outlet side, which is explained above. A shell-like inflow pipe 16 with a uniformly decreasing cross-section is then connected to the inlet 71364 5 of the grinding zone. the in-flow pipe, in turn, is connected to a uniform discharge channel 17 extending substantially 360 ° around the refiner and arranged on the outer edge of the grinding zone. the arrangement allows the fiber stock to be distributed as evenly as possible in the grinding zone at the very beginning of the zone.

Kuvioiden 4 ja 6 mukaisen levyjauhimen sisääntulossa ei tarvita em. manifold-järjestelyä, koska sulpun syöttö 10 keskelle, jauhimen silmään jakaa sulpun tasaisesti jauhatus-vyöhykkeelie.The above-mentioned manifold arrangement is not required at the inlet of the disc refiner according to Figures 4 and 6, because the feed of the stock 10 in the middle, to the eye of the refiner, distributes the stock evenly in the grinding zone.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on lisäksi olennaista se, että jauhimeen syötetyn kuidun virtauksen nopeutta voidaan tarvittaessa säädellä. Massasulpun läpivirtaus-15 nopeutta voidaan kiihdyttää jatkuvasti syöttämällä kuidut jauhimeen jauhatusvyöhykkeen suuremman halkaisijan puoleisesta päästä. Virtaussuunta olisi tällöin kuvion 3 rakenteessa oikealta vasemmalle. Em. järjestelyllä saadaan vir-tauspoikkipinta-ala pienenemään jatkuvasti, jolloin virtaus-20 nopeus kasvaa. Em. kiihtyvä virtaustila vähentää omalta osaltaan kuitujen aksiaalista tyssääntymistä ja näin ollen maksimoi paperin vetolujuuden kehittymisen. Em. järjestelyn yhteydessä on selvää, että em. manifold-periaate toimii vastaavasti käänteisenä halkaisijaltaan pienemmässä päässä 25 ja normaalina halkaisijaltaan suuremmassa päässä, joka tässä tapauksessa toimii syöttöpäänä.It is further essential to the method according to the invention that the flow rate of the fiber fed to the refiner can be controlled if necessary. The flow rate of the pulp stock-15 can be continuously accelerated by feeding the fibers to the refiner from the larger diameter end of the grinding zone. The flow direction would then be from right to left in the structure of Figure 3. Em. the arrangement causes the flow cross-section to decrease continuously, thereby increasing the flow-20 velocity. Em. the accelerating flow state, in turn, reduces the axial displacement of the fibers and thus maximizes the development of the tensile strength of the paper. Em. in connection with the arrangement, it is clear that the above-mentioned manifold principle operates respectively at the inverted smaller diameter end 25 and the normal larger diameter end, which in this case acts as the feed end.

Kuidut voidaan näin ollen syöttää kartiojauhimeen sen kummasta päästä tahansa halutun lopputuloksen ominai-suksista riippuen.The fibers can thus be fed to a conical refiner at either end thereof depending on the characteristics of the desired end result.

30 Oheinen piirustus ja siihen liittyvä selitys on tar koitettu ainoastaan havainnollistamaan keksinnön ajatusta. Menetelmää ja jauhinta voidaan kuitenkin luonnollisesti muunnella yksityiskohdiltaan huomattavastikin patenttivaatimusten puitteissa.The accompanying drawing and the accompanying description are intended only to illustrate the idea of the invention. However, the method and grinding can, of course, be varied considerably in detail, even within the scope of the claims.

Claims

A method for grinding cellulosic or other hydrophilic fibers / wherein the fibers are passed to a formed surface between two opposing, spaced apart and moving relative refining surfaces (12, 13, 12 ', 13') arranged in the refining housing (11, 11 ') of the refiner. in the grinding zone and subjected to a grinding effect in the grinding zone by means of grinding surfaces (12, 10 13, 12 ', 13') with blades and grooves therebetween, characterized in that in order to achieve a smooth flow of fibers through the refiner, the refining of the refining zone out of the refiner housing by means of an inverse manifold arrangement 15 (14, 15, 14 ', 15').

2. The method of claim 1, wherein the refiner disk refiner or conical refiner is used, wherein the refining feed side has a diameter greater than the diameter of the outlet side, characterized in that to achieve desired saisen 20 to pass the fibers are fed into the refiner, the manifold assembly (16, 17).

A method according to claims 1 and 2, characterized in that the average flow rate of the fibers in the refiner is continuously accelerated by feeding the fibers to the refiner from the larger diameter end of the refining zone.

A method according to claims 1 and 2, characterized in that the average flow rate of the fibers in the refiner is continuously decelerated by feeding the fibers to the refiner from the smaller diameter end of the refining zone.

A grinder for grinding cellulosic or other hydrophilic fibers, the grinder comprising two grinding surfaces (12, 13, 12 ') facing each other in the grinder grinding housing (11, 11') and facing each other and moving 7 71364 relative to each other. 13 ') with blades and slots therebetween and which have grinding surfaces (12, 13, 12', 13 ') forming a grinding gap between them, characterized in that a substantially 360 ° circumference extending around the grinder is arranged at the outlet of the grinding zone of the refiner. an discharge channel (14, 14 ') connected to a clamshell-like fiber outflow tube (15, 15') of uniformly expanding cross-section.

6. claimed in claim 5 refiner, a 10 conical refiner or a disc refiner having a refining zone feed-downside to a diameter larger than the outlet-side diameter, characterized in that the refiner, the refining input is connected to the cross-section uniformly clam-like in-flow pipe decreasing (16), which is 15 connected to the refining zone to the outer edge arranged in a discharge channel (17) extending substantially 360 ° around the refiner. 8 71364