FI72539B - Foerfarande och slipverk foer framstaellning av fibermassa. - Google Patents

Description

72539

Menetelmä ja jauhin sulpun valmistamiseksi Förfarande och slipverk för framställning av fibermassa

Esillä olevan keksinnön kohteena on menetelmä ja jauhin sulpun valmistamiseksi lignoselluloosapitoisesta materiaalista, kuten puulastuista tai vastaavista, jossa menetelmässä kuidut erotetaan materiaalista jau-hatustyökalujen tai -elinten avulla.

5

Mekaanista sulppua on valmistettu jo kauan pyöreästä puutavarasta jau-himissa ja puulastuista kiekkorouhimissa, niin kutsutuissa raffinööreis-sä. Viimeisen vuosikymmenen aikana raffinöörimenetelmää on kehitetty siten, että nyt on mahdollista valmistaa kovempaa sulppua kuin mitä saa-10 daan aikaan tavanomaisissa jauhatusmyllyissä. Kuitenkin raffinöörimene- telmä vaatii n. 50% enemmän energiaa kuin jauhatusmyllymenetelmä. Lisääntyneiden energiakustannusten johdosta on mielenkiinto suunnattu uudestaan jauhatusmyllymenetelmään. Siten ruotsalaisessa patenttihakemuksessa 7900988-2 on esitetty jauhatusmylly, joka toimii paineessa, jolloin 15 saadaan sulppua, joka on yhtä kovaa kuin raffinöörisulppu, mutta jossa energiankulutus on samanlainen kuin tavanomaisissa jauhatusmyllyissä. Kuitenkin paineessa toimivat jauhatusmyllyt ovat kalliita valmistaa ja ne vaativat kallishintaista pyöreää puutavaraa. Menetelmä, jossa käytetään puulastuja lähtöaineena jauhatusmyllyissä, on vielä esitetty ruot-20 salaisessa patenttihakemuksessa 7810749-7. Nyt käytössä oleviin kaikkiin menetelmiin soveltuu se, että tuotetut rouheet vaativat laajaa tämän jälkeen tapahtuvaa käsittelyä, kuten seulontaa ja jauhatusta, mitkä prosessit ovat kalliita sekä investointikustannusten että energiankulutuksen kannalta. Tunnetut jauhimet ovat puutteellisia niiden 25 kaikkein tärkeimmässä osassa, jauhatusalueella, johtuen riittämättömistä säätömahdollisuuksista mm. mitä tulee lämpötilan ylläpitämiseen jauhatusalueella, nesteen syöttöön jauhatusalueelle, jauhatusalueen paineeseen, vapautuneiden kuitujen poistoon, tikkujen ja lastujen muodostumiseen ja puun suuntaukseen. Puun suuntauksen suhteen on todettu sekä ko-30 keiden että käytännön kokemuksen avulla, että voiman kulutus mekaanisen puusulpun valmistamiseksi on minimissään, kun puu on suunnattu jauhatus-työkalujen tasoon ja syiden ollessa poikittain pinnan liikkeen suhteen.

2 72539

Keksinnön päätehtävänä on vähentää nykyisiin jauhatuslaitteisiin ja raffinööreihin liittyviä haittoja ja saada aikaan mahdollisuus säätää jauhatusalueella lämpötilaa, painetta, nesteen syöttöä ja nesteen poistoa. Lisäksi keksintö tekee mahdolliseksi puun optimaalisen suuntauk-5 sen jauhatusalueella, tikkujen ja lastujen muodostumisen eliminoimisen, jauhatuselinten kulumisen vähentämisen, energiankulutuksen vähentämisen ja jauhetun puun valkoisuus- ja sitomisominaisuuksien parantamisen.

Tämä ja muut keksinnön tehtävät saavutetaan tällöin siten, että keksin-10 nolle on jäljempänä olevissa patenttivaatimuksissa olevat tunnusomaiset piirteet.

Keksintöä selitetään tämän jälkeen yksityiskohtaisemmin oheisissa piirustuksissa esitettyjen suoritusmuotojen avulla.

15

Kuvio 1 esittää pitkittäisleikkauskuvaa jauhimesta keksinnön mukaisen menetelmän suorittamiseksi.

Kuvio 2 esittää leikkauskuvaa kuvion 1 viivaa II-II pitkin.

20

Kuvio 3 esittää leikkauskuvaa kuvion 1 viivaa III-III pitkin.

Kuvio 4 esittää päällyskuvaa kuvion 5 viivaa IV-IV noudattavasta eräästä leikkauksesta toisesta keksinnön mukaisen jauhimen suoritusmuodosta. 25

Kuvio 5 esittää leikkauskuvaa kuvion 4 viivaa V-V pitkin.

Kuviot 6 ja 6a esittävät leikkauskuvia kuvioiden 4 ja vastaavasti 5 viivaa VI-VI pitkin kahdesta eri suoritusmuodosta.

30

Kuviossa 1 esitetyssä keksinnön mukaisen menetelmän suorittamiseksi käytetyssä jauhimessa puulastut syötetään jauhimeen uritetun seulale-vyn 1 avulla, jota käytetään puulastujen suuntaamiseksi ennalta määrättyyn suuntaan. On edullista käyttää suhteellisen pitkiä lastuja.

35 Tällä tavalla suunnatut lastupalat saapuvat nyt tilaan tai kammioon 2, joka on muodostettu kiinteästi jauhimeen asennetun sisäosan 4 ja ulko-putken tai kotelon 7 väliin. Kammiossa suunnatut ja löyhästi sullotut

II

72539 3 lastupalat syötetään tämän jälkeen edestakaisin liikkuvan mäntälait-teen 3 avulla oikealle kuviossa 1 kammion 2 kapenevaan osaan päin, jossa osassa puulastut puristetaan kiinteää sisäosaa 4 vasten ja ne muodostavat yhtäjaksoisen sylinterimäisen tai putkimaisen kappaleen 5 lastuista kiinteän sisäosan 4 päälle. Kuvion mukaisesti sisäosan 4 oikeaan päähän on liitetty pyörivä jauhatuselin 6, jonka läpimitta kasvaa kartiomaisesti oikean pään tai kotelon 7 suuntaan. Tällä tavalla muodostuu kapeneva jauhatusalue 5, jota aluetta rajoittavat kotelon 7 sisäseinämäpinta ja jauhatuselimen 6 ulkokehä. Tietenkin voidaan kape-10 neva jauhatusalue 5 muodostaa myös kotelon 7 seinämillä, joilla on pienenevä sisäläpimitta, ja jauhatuselimellä 6, joka on sylinterimäinen tai sekä kotelolla 7 että jauhatuselimellä 6, joilla on kartiomaiset pinnat.

15 Kotelossa 7 täytyy olla sellainen pituus, että se mahdollistaa tulpan muodostumisen, jossa on riittävä ulottuvuus, jotta jauhatusalueella tuotettu höyrynpaine ei pakota sitä takaisin. Tulppa pidätetään jauhatusalueella 5 kitkan avulla kotelon 7 seinämää vasten. Jauhatuselin 6 voidaan valmistaa putkimaisena kappaleena ja sen jauhatuspinta voi-20 daan muodostaa itse elimen päälle tai tuottaa jauhatussegmenttien avulla, jotka on jäykästi kiinnitetty jauhatuselimen päälle.

Lastujen kappale tai tulppa, joka puristetaan kokoon edelleen sen edetessä jauhatusalueella 5 pyörivän jauhatuselimen 6 pintaa pitkin, muo-25 dostaa jauhatusalueella 5 kokoonpuristetun tulpan, joka on kiinteä ja josta kuidut erotetaan jauhatuselimellä 6. Tämä tulppa pakotetaan kosketuksiin jauhatuselimen kanssa mäntälaitteesta 3 tulevalla paineella. Jauhatuselimessä 6 on ulkonemilla varustettu pinta, mieluummin kuviossa, joka tuottaa painesysäyksiä, jotka saavat aikaan sen, että lastu-30 tulppa käsitellään sisäisesti sen edetessä kapenevalla jauhatusalueella 5. Pinnalla oleva kuvio voi olla koossapysyvä tai se voi koostua erillisistä pistemäisistä "kohoumista". Molemmissa tapauksissa kuviolla voi olla kierukkamainen muoto, jolla on positiivinen tai negatiivinen kulku, so. vasemmalle tai oikealle kuviossa, myös sinusmuotoisessa 35 kierukkamaisessa muodossa, mutta se voi olla myös yhdensuuntainen akselin suhteen. Kuvion ulkonemissa voi olla myös kolo tai "ontelo" yläosassa. Pistemäisessä kuviossa ulkonemien tulisi peittää toisensa kat- 4 72539 sottuna jauhatuselimen liikkeen suunnassa. Kuviossa voi olla myös sa-hanhampaita muistuttavat ulkonemat, jolloin vähintään yksi reunoista on kaareva tai pyöristetty ja kuvio on järjestetty siten, että pyöristetty reuna on käännetty jauhatuselimen liikkeen suuntaan (pyörimis-5 suuntaan). Ulkonemien tulisi olla korkeintaan 1,2 mm, mieluummin 0,03-1,0 mm korkeita.

Jauhatuselin voi olla valmistettu materiaalista, jossa on huokosia pinnassa, so. se on vettä läpipäästävä, mikä mahdollistaa läpitunkeutumi-10 sen alaspäin jauhatuselimen pintaan, niin että ohut vesikerros muodostuu mainitun pinnan viereen. Tämä vesikerros saa aikaan hydraulisen paineen, mikä saa aikaan sen, että jauhatuselin ei tule suoraan kosketukseen kuitumaisen materiaalin kanssa, vaan ohut vesikerros siirtää sysäykset pintakuviosta kuitumaiseen materiaaliin. Ohut vesikerros auttaa 15 myös pitämään jauhatuselimen pinnan vapaana materiaalista, joka muutoin voisi juuttua kiinni pinnalle. Jauhatuselin tai sen jauhatussegmentit on mieluummin valmistettu teräksestä, kovametallista tai vastaavasta olevasta sintratusta jauhemaisesta materiaalista tai keraamisen materiaalin rakeista, jotka on puristettu kokoon ja liitetty yhteen tällä 20 erityisalalla tunnetulla tavalla.

Jauhatuselimessä 6 olevien kanavien 9 kautta syötetään nestettä, kuten vettä, mutta myös kemikaaleja, alkalia tai vastaavaa jauhatusalueelle 5 jaetuille halutuille paikoille. Vapautuneet kuidut kuljetetaan pois 25 lisätyn nesteen avulla yhden tai useamman jauhatuselimessä 6 olevan kanavan 8 kautta. Mainitussa jauhatuselimessä 6, joka on kuviossa 1 esitetyssä suoritusmuodossa kartiomainen, on suurin läpimitta, joka lähenee kotelon 7 sisäläpimittaa sen oikealla olevassa poistopäässä. Tällöin puujäämät muodostavat sulun jauhatusalueeseen 5 päin, kun ne 30 kulkevat kotelon ja jauhatuselimen 6 välissä olevan raon läpi. Nämä puujäämät voidaan ottaa talteen ja palauttaa saapuvaan lastumateriaa-liin. Jauhatusalueella 5 tapahtuva jauhatuskäsittely voidaan suorittaa myös atmosfäärin paineen (höyryn paineen) yläpuolella olevassa paineessa, joka muodostetaan kehittämällä vastapaine poistokanavassa 8, jol-35 loin kammiossa 2 esipuristettujen lastujen kappale muodostaa tulpan, joka tiivistyy syöttölaitteesta 1 tulevien lastujen tuloaukkoa 1 vasten. Tietenkin voidaan käyttää sulkulaitetta myös lastujen syöttämi- 5 72539 seksi kammioon 2 ja/tai rouheiden poistamiseksi poistokanavasta 8.

Tässä viimeksi mainitussa tapauksessa rouheet kulkevat kammiosta 8 astiaan 10, jossa rouheet ja höyry erotetaan toisistaan ja johdetaan pois astiasta painetiiviillä tavalla.

5

Kuvioissa 4-6 esitetyssä keksinnön mukaisen jauhimen suoritusmuodossa jauhimen vastaaville yksityiskohdille on annettu samat viitenumerot kuin kuvion 1 suoritusmuodossa, jolloin mainitun viitenumeron eteen on lisätty numero 1. Siten kuvioissa 4-6a esitetty jauhatuselin muo-10 dostuu kiekosta 16, joka pyörii päin kotelossa tai pesässä 17 olevaan syöttökammioon 12. Lastut syötetään uritetulta seulalevyltä 11 mäntä-laitteen 13 avulla lastukammioon 12. Lastupalat suunnataan siten, että niiden syiden suunta on säteittäisesti kiekon 16 tasossa, niin että jauhatuselimen tai jauhatuskiekon 16 jauhatuspinta liikkuu samalla ta-15 valla kuin aikaisemmin poikittain kuitujen syiden suuntaan nähden. Ka-peneva jauhatusalue muodostetaan lastukammion 12 pohjan avulla, jossa on ylöspäin oleva kaltevuus syötön suunnassa, jolloin lastut pakotetaan mäntälaitteella 13 kosketuksiin jauhatuskiekon 16 kanssa. Vettä lisätään jauhatusalueelle veden tuloaukkojen 19 kautta, jotka on jär-20 jestetty joko kiekkoon 16, katso kuvio 6, jolloin vesi syötetään sitten sopivasti akselissa olevan aukon kautta tai vaihtoehtona koteloon 17, kuten on esitetty kuviossa 6a. Vapautuneet kuidut ja vesi poistetaan kiekossa 16 olevien urien 18 kautta, jotka ovat kotelon 17 ulko-seinämän vieressä.

25

Jauhatuskäsittely voidaan suorittaa superatmosfäärisessä paineessa, jolloin koko jauhatusmylly on suljettu paineistettuun pesään. Puulas-tut lasketaan sulusta pesään mäntälaitteen 13 avulla, jolloin ne puristuvat kokoon jatkuvaksi, tiivistäväksi lastujen tulpaksi. Yhdenmu-30 kaisen kuormituksen aikaansaamiseksi jauhatuskiekon 16 ympärillä lastut syötetään sopivasti useissa kohdissa lastukammioon 12, esim. kolmessa kohdassa, kuten on esitetty kuvion 4 suoritusmuodossa.

Tietenkin esitettyjä suoritusmuotoja voidaan vaihdella keksinnön puit-35 teissä. Siten syöttölaitteet esimerkiksi voidaan järjestää tunnetulla tavalla yhtäjaksoiseksi, kuten ruuvisyöttimiksi. Keksintöä voidaan soveltaa myös pyöreän puutavaran jauhamiseen, missä tapauksessa keski- 6 72539 osassa oleva sisäosa 4 on tarpeeton ja jauhatuselin 6 on muodostettu kartioksi.

Toteutetut kokeet osoittavat, että keksintöä voidaan käyttää vaaleam-5 man sulpun valmistamiseksi, jolla on paremmat sitomisominaisuudet kuin sulpulla, joka on valmistettu tunnetuilla menetelmillä, ja lisäksi alhaisella energiankulutuksella. Mahdollinen selitys on, että puu puristetaan jauhatusalueella kokoon pyörivällä elimellä sekä aksiaalisesti että säteittäisesti ja pakotetaan kosketuksiin kotelon kanssa. Elin 10 tuottaa värähtelyjä, jotka siirretään ohuen vesikerroksen avulla puuhun, jolloin kuidut vapautuvat.

Johtuen määritellystä käsittelystä jauhatusalueella voidaan valmistaa sulppua hyvin alhaisella karkealla jakeella, mikä on tärkeää mainitus-15 ta sulpusta valmistetun paperin painettavuudelie.

Keksinnöllä on seuraavat edut verrattuna aikaisemmin tunnettuihin jau-himiin ja raffinööreihin: 20 1. Jauhatualue on täytetty kokoonpuristetulla ja suunnatulla puulla.

Tästä syystä energiaa voidaan siirtää jauhatuselimestä puuhun ilman huomattavia sysäystappioita, ilman ilman johtamista ja ilman veden ylimäärää.

25 2. Jokaiseen puuelementtiin kohdistuu määritelty käsittely, so. puun jokainen pintaelementti saa jauhatusalueella määrätyssä jauhatuspai-neessa ennalta määrätyn määrän painesysäyksiä jauhatuselimestä, jossa on tasainen kuvio ja joka on homogeeninen, jolloin saadaan sulppua, joka on käytännöllisesti katsoen vapaa lastuista. Tavallisesti epä-30 homogeeniset jauhinkivet, joiden erikokoiset rakeet on sekoitettu sattumanvaraisesti, tuottavat samalla tavalla kuin raffinöörikiekot vaih-televia taajuuksia, jotka vaimentavat toisiaan. Tunnetuissa jauhimissa tai raffinööreissä puuhun kohdistuu erittäin vaihteleva pintakuormitus verrattuna esillä olevaan keksintöön.

3. Jauhatuselimen kuvio siirtää värähtelyt puumateriaaliin ohuen vesi-kerroksen kautta, mistä syystä kitka on alhainen ja siten elimen kulu- 35 7 72539 tus on pieni. Tunnetuissa raffinööreissä kulutus on suuri johtuen suorasta jauhatuskiekon ja puun välisestä kosketuksesta. Jauhatuskiekon vaihtokustannukset muodostavat suuren osan raffinöörien kustannuksista.

5 4. Jauhatus suoritetaan lähes kohtisuorasii syiden suuntaan, mikä saa aikaan pienimmän energiankulutuksen. Tunnetuissa raffinööreissä käsittely on sattumanvaraista syihin nähden ja siten epäedullista.

5. Erotetut kuidut poistuvat jauhatusalueelta nopeasti jauhatuselimes-10 sä olevan kanavan kautta sen johdosta, että jauhatusalue on suhteellisen pieni. Tunnetuissa jauhimissa ja raffinööreissä kuitujen on kuljettava suuremman jauhatusalueen läpi ja niihin kohdistuu siellä kontrolloimatonta käsittelyä.

15 6. Jauhatustoiminta suoritetaan ilman ilmaa, mikä estää sulppua hapet tumasta.

7. Jauhatus tehdään tiivistetyssä tilassa, missä jauhatuspainetta voidaan säätää, jolloin sulpun laatuun voidaan vaikuttaa.

20 Käsitteellä "jauhatus" edellä olevassa selityksessä tarkoitetaan ensisijassa kuitumaisen materiaalin kaikenlaista käsittelyä, missä kuidut revitään materiaalista jauhatuselimen kuvioidusta pinnasta peräisin olevien painesysäyksien avulla.

Claims (11)

1. 8 72539
2. 1 Patenttivaatimukset
3. 1. Menetelmä sulpun valmistamiseksi lignoselluloosapitoisesta materiaalista, kuten puulastuista tai vastaavista, missä menetelmässä kui- 5 dut erotetaan materiaalista jauhatuselinten avulla, tunnettu siitä, että kuitumateriaali suunnataan siten, että kuidut ovat halutussa suunnassa, mieluummin yhdensuuntaisesti jauhatuspinnan tason suhteen ja kohtisuorasti jauhatuselimen pyörimissuunnan suhteen, ja muodostetaan kappaleeksi, että mainittu kappale sitä puristettaessa kokoon syötetään jO ilman pyörimisliikettä jauhatusalueelle, jossa on kapenevat seinämäpinnat, että kuitumateriaalikappale käsitellään jauhatusalueella vähintään yhden jauhatuselimen avulla, joka on pyörivä kuitumaisen materiaalin kappaleen suhteen ja joka rajoittaa vähintään yhtä jauhatusalueen kapenevaa seinämä-pintaa, ja että eronneet kuidut poistetaan keskeytymättä jauhatusalueelta. 15
4. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että nestettä ja/tai kemikaalien, alkalien tai muiden käsittelyapuaineiden liuos syötetään jauhatusalueelle jauhatuksen aikana.
5. 3. Jonkin patenttivaatimuksen 1-2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuitumateriaalin syöttö jauhatusalueelle ja/tai eronneiden kuitujen poisto jauhatusalueelta suoritetaan painetiiviisti superatmos-fäärisen paineen tuottamiseksi jauhatusalueella.
6. 4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jauhatusalueen paine ja lämpötila säädetään kokonaan tai osittain syötetyn nesteen määrän, paineen ja lämpötilan avulla. 1 2 3 4 5 6 II Jauhin jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukaisen menetelmän suoritta- 2 30 miseksi sulpun valmistamiseksi lignoselluloosapitoisesta materiaalis 3 ta, kuten puulastuista tai vastaavista, joka jauhin sisältää jauhatus- 4 elimet kuitujen erottamiseksi kuitumateriaalista, tunnettu siitä, että on järjestetty syöttö- ja jauhatusalue (5), jossa on kape 5 nevat seinämäpinnat (6,7;16,17), jonka alueen sisällä kuitumateriaali 6 35 muodostetaan kuitujen ollessa suunnattu haluttuun suuntaan, ensisijaisesti yhdensuuntaisesti jauhatuspinnan tason kanssa ja poikittain jauhatuselimen (6;16) pyörimissuuntaan nähden, koossapysyväksi kappaleeksi, joka syötettäessä jauhatusalueelle käsitellään vähintään yhdellä jauha- 9 72539 1 tuselimellä (6;16), jonka pinta muodostaa vähintään yhden kapenevista seinämäpinnoista, ja poistolaitteet (8) eronneiden kuitujen poistamiseksi jauhatusalueelta (5).
7. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen jauhin, tunnettu siitä, että siinä on putkimainen kotelo (7), jolloin jauhatuselin (6) on pyörivä mainitussa kotelossa, kotelossa ja jauhatuselimessä on kapenevat sei-nämäpinnat ja rako on muodostettu kapenevan jauhatusalueen kapeimpaan kohtaan, jossa raossa kuitumateriaali muodostaa sulun jauhatusaluetta 10 vasten.
8. 7. Patenttivaatimuksen 5 tai 6 mukainen jauhin, tunnettu siitä, että jauhatuselimet on varustettu nesteen tai kemikaalien syöttokenevalla (9; 19) ja vähintään yhdellä poistokanavalla (8) kuitujen tuotettua 15 suspensiota varten.
9. 8. Jonkin patenttivaatimuksen 5-7 mukainen jauhin, tunnettu siitä, että kiinteä kappale tai sisäosa (4) on sijoitettu kuitumateriaalin syöttösuunnassa jauhatusalueen eteen ja sovitettu lovella ympä- 20 röivään koteloon (7) kuitumateriaalin putkimaisen kappaleen muodostamiseksi sen syöttämiseksi jauhatusalueelle (5).
10. 9. Jonkin patenttivaatimuksen 5-8 mukainen jauhin, tunnettu siitä, että siinä on kiekkomainen jauhatuselin (16), johon on liitetty 25 kapenevat syöttö- ja jauhatusalueet (12) kehän suunnassa, ja säteittäi-sesti kulkevat kanavat (19) nesteen syöttämiseksi mainituille alueille (12).
11. 10. Jonkin patenttivaatimuksen 5-9 mukainen jauhin, tunnettu 30 siitä, että jauhatuselimessä on kuvioitu pinta, joka sisältää pieniä ulkonemia, jotka noudattavat yhtäjaksoista tai keskeytynyttä kulkua ja joiden korkeus on korkeintaan 1,2 mm, mieluummin 0,01-1,0 mm. 1 Jonkin patenttivaatimuksen 5-10 mukainen jauhin, tunnettu 35 siitä, että astia (10) on kytketty poistolaitteeseen (8), minkä astian sisällä rouheet ja höyry erotetaan toisistaan ja mistä rouheet poistetaan painetiiviisti halutun vastapaineen tuottamiseksi astiassa (10) ja poistolaitteessa (8).