FI80083C - Foerfarande och anordning foer foerbehandling av cellulosahaltigt raoaemne. - Google Patents

Description

1 80083

Menetelmä ja laitteisto selluloosapatoisen raaka-aineen esikäsittelemiseksi

Esillä oleva keksintö kohdistuu menetelmään ja laitteistoon palamuotoisen puun tai muun selluloosapatoisen raaka-5 aineen esikäsittelemiseksi impregnoimalla. Erityisesti keksintö kohdistuu impregnoinnin ensimmäisenä vaiheena tapahtuvaan kuitusolukon penetrointiin. Penetrointiliuoksena voidaan käyttää kemikaaliliuosta tai vettä.

Sellukuidun tuotantotekniikassa on puuhakkeen impregnoin-10 nin tarkoituksena saattaa haluttu määrä liuosta tasaisesti jakautuneeksi hakkeen kuituseinämiin. Mäin edistetään kuidun irrottumista mahdollisimman ehjänä ja sopivan laatuisena tai ligniinin ja muiden inkrustiaineiden liukenemista prosessin myöhemmässä vaiheessa.

15 Esimerkiksi paperin tuotannossa käytettävän sellukuidun valmistuksessa hakkeen esikäsittelyyn kuuluu tavallisesti pesu, höyrytys, kemikaaliliuoksella tai vedellä käsittely sekä hitaasti etenevä kemikaalien riittävä tasaannuttaminen kuituseinämissä. Esikäsittely saattaa viedä kolmasosan tai 20 jopa enemmänkin keiton kokonaiskiertoajasta. Impregnointiin vaikuttavat tekijät ovat epämääräisiä ja vaikeasti hallittavia, mikä saattaa johtaa ajan ja kemikaalien yliannostukseen, kun pyritään varmistamaan hyväksyttävä lopputulos.

Ammattikirjallisuudessa esitetään impregnoinnin tapahtu-25 van kahden fysikaalisen tekijän, penetraation ja diffuusion, yhteisvaikutuksena, joka alkaa välittömästi liuoksen tultua hakkeen yhteyteen.

Penetroituminen alkaa etupäässä hakepalan leikkauspin-noilta, joilta liuos tunkeutuu kuituonteloihin. Onteloissa 30 olevan ilman aiheuttaman vastapaineen vuoksi penetraatio hidastuu ja loppuu nopeasti. Lähes ainoana penetrointia edistävänä tekijänä mainitaan liuoksen ja kuituonteloissa olevan ilman paine-eron suurentaminen ilman osapainetta alentamalla tai nesteen painetta nostamalla.

35 Diffuusio on penetraatioon verrattuna erittäin hidasta.

Siinä ionit siirtyvät kemikaalien väkevyyserojen johdosta liuoksessa kuituseinämiin. Diffuusio etenee pitkin hakeso-lukkoon penetroituneen ja siinä olleen veden muodostamia 2 80033 nesteyhteyksiä. Penetrointiliuoksen lämpötilan nosto edistää ionien liikkuvuutta. Sen kemikaalipitoisuudella on kuitenkin ratkaiseva merkitys diffuusion etenemiselle hakkeen sisäosiin, koska diffundoituminen hidastuu aina hakekosteuden 5 laimentaessa liuosta ja sen kemikaalipitoisuuden vähetessä sitä mukaa kun kemikaalit absorboituvat soluseinämiin.

Penetroitumisen määrällä ja kattavuudella on siis erittäin oleellinen merkitys diffuusion alkuunpääsylle ja etenemiselle sekä lopullisena tavoitteena olevalle kemikaalian-10 nostuksen riittäävyydelle ja tasaisuudelle kuituseinämissä.

Kuitutuotannossa impregnoitumiseen ja etenkin sen tasaisuuteen vaikutetaan vakioimalla käsittelyolosuhteet ja hakkeen palakoko. Laajoissa rajoissa epämääräisesti vaihteleva puun ilma- ja vesipitoisuus vaikeuttavat eniten hakkeen 15 riittävää ja hallittua impregnointia.

Kevyillä puulajeilla saattaa olla lähes kolme neljäsosaa ja raskaillakin puulajeilla noin puolet tilavuudesta soluon-teloiden ja huokosten muodostamaa tilaa. Pintapuun onteloti-la on puun kaadon jälkeen veden täyttämää ja lähes ilmaton-20 ta. Kuorittuna ja varsinkin hakkeena puun kuivuminen nopeutuu. Vesi haihtuu ensin soluonteloista ns. puusyiden kylläs-tyspisteeseen, 25-30 %:n kosteuteen, jolloin jäljellä oleva vesi on yksinomaan kuituseinämissä. Varastoitaessa voi hakkeen kosteus alimmillaan asettua yleensä noin 30 %:n tasol-25 le. Näin ollen tuotantoon otettavan hakkeen ontelotila saattaa olla kokonaankin täynnä ilmaa. Tavallisesti se on kuitenkin ilman ja veden täyttämää hyvin erilaisissa suhteissa .

Hakesolukon ilmamäärää on ehdotettu vähennettäväksi me-30 kaanisesti tai höyrytyksen avulla saatavaa tyhjöä käyttäen. Kuitenkin vain höyrytystä käytetään teollisuudessa. Höyrytyksellä poistetaan haketta ympäröivää ilmaa, ja samalla hakkeen lämpötilan nousua vastaava osa ilmasta purkautuu solukosta. Hake siirretään höyrytyksestä parhaiten kylmään ve-35 teen tai liuokseen, jolloin hakeontelon ilmatilan jäähtymistä vastaava tyhjö saadaan ontelotilaan. Hakkeen höyrytys on tehtävä melko alhaisessa lämpötilassa ja lyhytaikaisena väri- ym. vaurioiden välttämiseksi, mistä johtuen hakesolu-

II

3 80033 kon ilman lämpötilan nousu voi parhaimmillaan olla esimerkiksi 90 °C. Tällöin hakkeen lämpötilan alenemista vastaava solukon ilmanpaine laskee 0,8 bariin eli ilmamäärä voi vähentyä korkeintaan viidesosalla laskettuna kulloinkin ve-5 destä vapaan ontelotilan ilmamäärästä +25 °C:ssa ja normaalipaineessa. Puusolukon rakenteesta johtuen penetroitumisen tehostuminen jää alle mainitun viidesosan.

Höyrytysimpregnointi on yksinkertainen, muttei riittävä ja hallittu menetelmä, mikäli halutaan hyvä ja tasainen hak-10 keen penetroituminen. On esimerkiksi osoitettu, että keitto-liuoksella imeytyksen tuloksena hakepalan eri osissa kemi-kaalipitoisuudet vaihtelivat laajoissa rajoissa ja että tarvitaan huomattavan pitkä diffundoitumisaika esikuumennuksi-neen ennenkuin sisäosiin saadaan kemiallisille reaktioille 15 tarpeellinen konsentraatio.

Tyhjön käyttöä ilman poistamiseksi on esitetty mm. suomalaisissa patenttijulkaisuissa 11987, 25505 ja 30091.

Julkaisun FI 11987 mukaisessa paperimassan valmistusmenetelmässä ilma imetään käsiteltävästä raaka-aineesta, minkä 20 jälkeen ilmaton aine käsitellään nesteellä.

Julkaisu FI 25505 käsittelee jatkuvatoimista menetelmää ja laitetta hakkeen kyllästämiseksi nesteellä. Kyllästäminen tapahtuu siten, että haketta syötetään jatkuvasti tornin yläosaan, jossa se joutuu tyhjöön. Yläpäästään suljetun tor-25 nin alapää on vedessä niin, että hakepatsas vajoaa tornissa hitaasti alaspäin upoten veteen ja kyllästyen samanaikaisesti. Tällöin haketta ympäröivän veden paine vähitellen nousee, kunnes se saavuttaa ilmakehän paineen hakkeen purkautuessa ulos tornista. Hakepalan vajotessa veteen kuitusolukos-30 sa olevan ilman paine on sama kuin sitä ympäröivässä vedessä, jolloin painegradientista riippuvaa penetroitumista ei tapahdu. Penetrointia hidastavien nopeasti kehittyvien tekijöiden vaikutus alkaa kuitenkin välittömästi.

Julkaisun FI 30091 menetelmässä lähtöaine ensin esikuiva-35 taan n. 18 %:iin ja siitä poistetaan ilma lähes kokonaan alle 100 mmHg:n (n. 0,13 atm) absoluuttisessa paineessa ja 85-90 °C:n lämpötilassa. Mikäli käytetään korkeampaa lämpötilaa, voidaan julkaisun mukaan tyhjökäsittelypaine nostaa * 80083 aina 200 mmHg:n (n. 0,26 atm) absoluuttiseen paineeseen saakka.

Viitatuissa menetelmissä impregnointi tapahtuu lähes yksinomaan diffuusion avulla. Penetrointia ei niissä pystytä hyödyntämään kuin enintään osittain ja satunnaisesti.

Erittäin suuriin hakkeen ilma- ja vesipitoisuusvaihtelui-hin verrattuna puuaineen tiheyden muutokset rajoittuvat yleensä + 5-10 %:n alueelle, koska pyritään käyttämään samaa puulajia ja välttämään vaikeimmin impregnoituvia osia, kuten havupuiden pihkottunutta sydänpuuta.

Hakkeen kosteus vaihtelee hyvin laajoissa rajoissa. Kui-tutuotantoon tuleva hake voi normaalisti sisältää vettä 120-30 % hakkeen kuiva-aineesta. Mekaanisissa tuotantomenetelmissä kuidutus onnistuu parhaiten hakkeen ollessa veden täyttämää. Kemiallisissa menetelmissä haluttu kemikaalian-nostus on saatava läpi hakkeen tasaisesti diffundoituneena. Tällöin vedestä vapaana olevaan kuitusolukkoon penetroitavan liuoksen määrällä ja kemikaalipitoisuudella on oleellinen vaikutus diffuusioon.

Nyt keksityssä menetelmässä suoritetaan kaksivaiheinen esikäsittely. Ensimmäisenä vaiheena on tyhjökäsittely ja toisena vaiheena penetrointi kemikaaliliuoksella tai vedellä, jonka lämpötila on alempi kuin sen kiehumispiste käytetyssä tyhjössä. Tyhjökäsittely suoritetaan ilman edeltävää raaka-aineen oleellista kostutusta. Kostutuksella tarkoitetaan tässä höyrytystä, pesua tai muuta tavanomaista vesipitoista käsittelyä.

Penetrointi suoritetaan nopeasti tyhjökäsittelyn jälkeen ilmakehän tai sitä korkeammassa liuospaineessa siten, etteivät raaka-aineen kuituontelot ehdi oleellisesti sulkeutua ennen penetrointia. Mitä nopeammin penetrointi suoritetaan, sitä parempi. Olosuhteista ja puulajista riippuen saatetaan tyhjätty raaka-aine liuospaineen alaiseksi esimerkiksi n. 5 min sisällä, parhaiten esimerkiksi 1 min, kaikkein parhaiten 0,5 min kuluessa tyhjökäsittelystä.

Penetrointiliuoksen johtaminen raaka-aineen yhteyteen aloitetaan tyhjön vielä vaikuttaessa. Parhaiten tyhjöä pidetään yllä koko johtamisen ajan. Kun haluttu määrä liuos- il 5 80083 ta on saatu raaka-aineen yhteyteen, voidaan liuokseen kohdistaa vielä paineisku.

Käytettävä tyhjö on esimerkiksi 0,1-0,5 bar, parhaiten 0,2-0,4 bar. Penetrointiliuoksen lämpötila on tällöin esi-5 merkiksi 35-85 °C, parhaiten 45-75 °C.

Penetrointiliuoksen kemikaalipitoisuutta on edullista säätää raaka-aineen kosteuden, tai kosteuden ja tiheyden, tai penetroituvan liuoksen määrän mukaan.

Erään suoritusmuodon mukaisesti penetrointiliuos johde-10 taan raaka-aineeseen samassa astiassa, missä tyhjökäsittely on suoritettu minkä jälkeen raaka-aine siirretään korkeampi-paineiseen vastaanottosäiliöön, jossa penetrointi suoritetaan loppuun.

Penetroinnin jälkeen on edullista erottaa liuokseen vajo-15 amaton osa raaka-aineesta.

Keksinnön mukaisessa laitteistossa on yhteinen tyhjökä-sittely- ja penetrointisäiliö tai ne ovat erillisiä.

Yhteinen käsittelysäiliö voi esimerkiksi olla pesässä pyörivä, ainakin toisesta päästä avoin roottori. Tarvittavat 20 yhteet on sovitettu roottoripesän kehälle.

Kun käytetään erillisiä tyhjökäsittely- ja penetrointi-säiliöitä, voidaan niiden välillä käyttää kuljetuskanavaa, jonka loppupää muodostaa barometrisen sulun säiliöiden välille. Kuljetuskanavan jatkeena on tällöin sopivimmin per-25 feroitu penetrointikanava. Kuljetuskanavan loppupäässä on sopivasti epäpuhtauksien poistolaitteisto. Perforointikana-van loppupäähän taas voidaan sopivasti sijoittaa penetroitumattoman raaka-aineen poistolaitteisto. Penetrointinestettä voidaan syöttää kuljetuskanavaan, erityisesti sen alkupää-30 hän.

Raaka-aine voidaan johtaa tyhjökäsittelysäiliöön myös pe-netrointisäiliön kautta kulkevaa syöttökuljetuskanavaa pitkin siten, että syöttökuljetuskanavan alkupää muodostaa barometrisen sulun penetrointisäiliön ja tyhjökäsittelysäiliön 35 välille. Tällöin raaka-aineen tulee luonnollisestikin kulkea tämän sulun läpi siten, ettei se oleellisesti kostu.

Haketta esikäsitellään keksinnön mukaisesti ilman käytännön kannalta oleellista edeltävää kostutusta. Hakkeen leik- 6 80033 kauspäiden katkaistujen kuitujen seinämät, etenkin niiden hemiselluloosaa sisältävät osat, ottavat nimittäin erittäin nopeasti vettä ja turvotessaan supistavat tai tukkeavat avoimet soluontelot. Mainitusta syystä on myös tyhjökäsitel-5 ty hake penetroitaessa edullista ympäröidä liuoksella mahdollisimman nopeasti. Mikäli hake kuitenkin joutuu veden kanssa tekemisiin ennen keksinnön mukaista esikäsittelyä, saisi kosketusaika olla olosuhteista riippuen enintään noin 5 min, mieluummin kuitenkin enintään noin 1 min, parhaiten 10 enintään 20-30 tai 10-15 s. Lehtipuu sietää suurempia kostu-tusaikoja kuin havupuu.

Hake tyhjökäsitellään sopivimmin suhteellisen heikossa tyhjössä. Tarvittava tyhjö on tuotettavissa normaaleilla teollisuudessa yleisillä laitteilla kohtuullisin kustannuk-15 sin.

Parasta penetroitumista ei esillä olevan keksinnön menetelmän mukaan saavuteta mahdollisimman suurella tyhjöllä vaan käyttäen hyväksi penetrointinesteen lämpötilaa, joka puulajista riippuen on 35-85 °C. Alipaineen suuruus määräy-20 tyy siten, että nesteen höyrystyminen vielä vältetään.

Esimerkiksi havupuilla edullisesti tyhjö on 0,2-0,3 baria ja vesiluoksen lämpötila 55-70 °C.

Hakelaadun ja sen kosteuden pysyessä samana penetroitumi-sen määrä ja tasaisuus ovat menetelmässä hyvin toistettavis-25 sa.

Hakkeen vesipitoisuuden muuttuessa penetroituvan liuoksen määrä muuttuu samassa suhteessa, mutta penetroituneen liuoksen ja hakkeen sisältämän veden yhteismäärä pysyy samalla tasolla eli ko. penetrointimenettely mahdollistaa hakekos-30 teudesta riippumattoman solukon samantasoisen täytöksen.

Puun tiheyden vaihdellessa muuttuneen kiintoaineen määrä tulee mitatuksi penetrointiliuoksen vastaavalla muutoksella.

Kemikaaliliuoksen luonteella ja pH:11a ei ole merkittävää vaikutusta penetroitumiseen.

35 Kemikaaliliuoksen pitoisuudella on vähäinen, kysymyksessä olevissa olosuhteissa merkityksetön vaikutus.

Tarvittaessa suuretkin kemikaalipitoisuudet ovat mahdollisia, koska voidaan käyttää lämpötiloja, joissa kemikaalien

II

7 80083 liukoisuudet ovat hyvät.

Seuraavassa keksinnön mukaista menetelmää ja laitteita sen soveltamiseksi selitetään yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin kuvioihin, joissa 5 - kuvio 1 esittää tyhjökäsittelyä edeltävän kemikaali- liuos- tai vesikäsittelyn vaikutusta liuokseen vajoavan hakkeen määrään, - kuvio 2 esittää penetroinnin riippuvuutta liuoksen tai veden lämpötilasta, 10 - kuvio 3 esittää hakkeen kosteuden ja tiheyden vaiku tusta penetroituvan liuoksen määrään ja penetroitumi-sen tasoon, kuvio 4 esittää keksinnön erään edullisen suoritusmuodon mukaista tyhjöpenetrointiratkaisua, 15 - kuvio 5 esittää toisen edullisen suoritusmuodon mu kaista tyhjöpenetrointiratkaisua, kuvio 6 esittää vielä erästä edullisen suoritusmuodon mukaista tyhjöpenetrointiratkaisua ja - kuviot 7 ja 8 esittävät erään jatkuvatoimisen tyhjöpe- 20 netrointilaitteen toimintavaiheita.

Suoritetuissa kokeissa käytettiin tehdasvalmisteista haketta .

Penetroitumisen tasaisuuden ja sen tason määrittelemiseksi osoittautui liuokseen tai veteen vajoavan hakkeen osuuden 25 määritys riittävän tarkaksi menettelyksi.

Kuviosta 1 nähdään, kuinka suuri negatiivinen vaikutus keittoliuoksen penetroituvuuteen on tyhjökäsittelyä edeltävällä keittoliuoskäsittelyllä. Pystyakselilla esitetään liuokseen vajonneen hakkeen osuus prosentteina koko käsitel-30 lystä hakemäärästä ja vaaka-akselilla liuoksen vaikutusaika minuutteina. Kokeessa käytettiin mäntyhaketta, jonka kosteus oli 21 %. Käsittelyliuoksen lämpötila oli 65 °C ja pitoisuus 5 %.

Murtoviiva 1 esittää tyhjöpenetroitaessa vajoavan hakkeen 35 määrää käsiteltäessä haketta NSSC-liuoksella. Murtoviiva 2 esittää vajoavan hakkeen määrää käsiteltäessä haketta NaHSC>3-liuoksella. Huomataan, että jo yhden minuutin käsittely NSSC-liuoksella vähentää vajoavan osan määrää 24 %:lla β 80033 ja kolmen minuutin käsittely n. 45 %:lla. Vastaavat vähene-mät NaHS03~liuoksella olivat n. 30 % ja n. 70 %. Kokeessa käytettiin menetelmää, jossa penetrointi suoritettiin normaalin ilmakehän paineen alaisella keittoliuoksella ja 5 liuostäyttö aloitettiin vallinneen alipaineen vaikuttaessa.

Selityksenä kuvion 1 ilmiölle on se, että vesiliuos vaikuttaa huomattavan nopeasti kapillaaristen soluonteloiden seinämiin ja pintaominaisuuksiin, jolloin hakkeen leikkaus-pinnoilla solukko ja varsinkin kesäpuun kapillaarit supistu-10 vat suhteellisesti nopeimmin. Näin penetroituvan liuoksen määrä eli liuokseen vajoavan hakkeen osuus nopeasti laskee liotusajan lisääntyessä.

Kuviossa 2 esitetään liuoksen lämpötilan vaikutus penet-rointiin eri käsittelyajoilla. Vasemmanpuoleisella pystyak-15 selillä kuvataan liuokseen vajonneen hakkeen määrää prosentteina koko käsitellystä hakemäärästä, vaaka-akselilla liuoksen lämpötilaa °C:ina ja oikeanpuoleisella pystyakselilla käsittelyaikaa minuutteina. Raaka-aineena kokeessa oli kosteudeltaan 20-%:nen mäntyhake, jota käsiteltiin 5-%:sella 20 NaHS03-liuoksella. Nähdään, että liuoksen lämpötilan kohotessa 20 °C:sta 50 °C:een myös liuokseen vajoavan hakkeen määrä (murtoviiva 3) lisääntyy merkittävästi. Samoin nähdään, että lämpötilan nostaminen ei enää sanottavasti vaikuta lopputulokseen. Samanaikaisesti liuoksen lämpötilan nos-25 ton kanssa kokeissa lyhennettiin käsittelyaikaa (suora 4), mistä huolimatta vajoavan hakkeen määrä pysyi vakiona ja jopa hieman kohosi. Tuloksista käy yksiselitteisesti ilmi, että jossakin 35-40 °C:n tienoilla on liuoksen taloudellinen käyttölämpötilan alaraja, kun taas kokeiden mukaan ei ole 30 paljonkaan hyötyä lämmittää ainesta kovinkaan korkeisiin lämpötiloihin, koska penetroituminen ei oleellisesti parane. Lämmittämisellä on kuitenkin mahdollista ratkaisevasti tehostaa penetrointia.

Kuviosta 3 nähdään, miten hakkeen vesipitoisuus vaikuttaa 35 penetroituvan liuoksen määrään. Vaaka-akselilla on esitetty hakkeen vesipitoisuus ja pystyakselilla penetroituneen liuoksen ja liuokseen vajonneen hakkeen määrä prosentteina hakkeen kuiva-aineesta. Koesarjoissa oli kemikaaliliuosten pi-

II

9 80083 toisuus 5 % ja lämpötila 65 °C. Murtoviivat 1-3 esittävät mäntyhakkeen penetrointia 1. sulfaatti-, 2. NSSC- ja 3. NaHS03-liuoksella sekä murtoviiva 4 koivuhaketta käsiteltynä NSSC-liuoksella. Murtoviivoista 1-3 ilmenee, että oleel-5 lisesti toisistaan poikkeavat liuokset penetroituvat suunnilleen samalla lailla hakkeen kosteustilasta riippumatta.

Samalla hakelaadulla kemikaaliliuoksen penetroituminen määräytyy lähes suoraviivaisesti hakkeen sisältämästä vesimäärästä. Parhaiten tämä ilmenee tarkasteltaessa eri koe-10 pisteissä hakkeen kosteutena olevan veden ja siihen penetroidun liuoksen sisältämän vesimäärän muutoksien yhteisvaikutusta. Mäntyhakkeessa yhteenlaskettu vesimäärä oli alueella 164-177 % ja koivuhakkeessa vastaavasti 143-145 %. Hajonta keskiarvosta oli mäntyhakkeella + 4 % ja koivuhakkeella 15 + 1 %.

Penetrointitason seurantana määritelty vajoavan hakkeen osuus mäntyhakkeella oli 88-89 % ja koivuhakkeella 100 % hakkeen kosteudesta riippumatta (murtoviivat 5 ja 6).

Hakkeen kosteuden merkityksestä kemikaalioliuoksen penet-20 roitumiseen kuvaa seuraava esimerkki. Lähes kuivaan, 10 %:n kosteuden omaavaan mäntyhakkeeseen penetroitui NSSC-liuosta 560 kg hake-m3:ä kohti hakkeen sisältämän vesimäärän ollessa 33 kg. Vastaavasti 75 %:n kosteudessa penetroitui 325 kg ja kosteudesta aiheutui 250 kg/m3 vesimäärä. Mainituissa koe-25 pisteissä oli yhteenlaskettu vesimäärä penetroinnin jälkeen kuivassa hakkeessa 590 ja märässä 575 kg/m3 haketta, vaikka ensin mainitussa koepisteessä penetroitui liuosta 72 % enemmän.

Kuviossa 3 näkyvä mänty- ja koivuhakkeen selvä penetroi-30 tumisen tasoero johtuu pääosaltaan hakkeen erilaisesta tiheydestä, joka männyllä on keskimäärin 0,4 ja koivulla 0,5. Tässä tiheydellä tarkoitetaan puulajin nimellistiheyttä täysin kuivana, jolloin tekijöinä ovat varsinainen puuaines ja sen tilavuutta suurempi kuituonteloiden tilavuus.

35 Koska kuitutuotantoon tavallisesti käytetyillä puulajeil la varsinaisen puuaineen tiheys on sama 1,32-1,35, merkitsee koivun keskimäärin neljäsosaa suurempi tiheys mäntyyn verrattuna vastaavasti pienempää kuituontelotilaa, mikä ilmenee 10 80083 myös kuvion 3 vastaavana penetroituneiden NSSC-liuosmäärien muutoksena.

Kuvion 3 mäntyhake- ja NSSC-liuoslaadulla tehdyssä vertailevassa kokeessa tutkittiin impregnointia höyryttämällä.

5 Viiden minuutin höyrytysajan jälkeen imeytyi parhaiten kuivaan hakkeeseen aluksi nopeasti ja yhteensä kahdessa tunnissa noin neljä viidesosaa siitä liuosmäärästä, mikä penetroitui tyhjöä käyttäen viidessä minuutissa. Penetroitumisen taso varsinkin kuivassa hakkeessa höyrytyksen jälkeen oli huo-10 no, liuokseen vajosi vain murto-osa tyhjöpenetroinnissa vajonneesta määrästä. Kemikaaliliuos rikastui ilmeisesti hakkeen pintaosiin höyrystä tiivistyneellä vedellä laimentuneena .

Toisaalta samalla puulajilla soluseinien puuaineen määrän 15 ja samalla tiheyden muutokset tulevat mitatuksi penetroituvan liuoksen määrän muutoksina samoinkuin edellä hakkeen vesipitoisuuden vaihdellessa.

Kokonaisuudessaan tiheyden vaihtelu on vesipitoisuuden muutoksiin verrattuna niin vähäistä, että käytännössä useimmi-20 ten hakkeen vesipitoisuuden ja tiheyden yhteisvaikutuksen huomioon ottaminen on riittävää.

Havupuille on ominaista tiheyden riippuvuus kevät- ja ke-säpuun erilaisuudesta. Kesäpuukuitujen seinämät ovat huomattavasti paksumpia ja soluontelokapillaarien läpimitta vain 25 murto-osa kevätpuukuitujen vastaavista mitoista. Penetroin-nissa on kapillaarivoimilla todettu olevan merkittävä osuus. Kun kapillaarissa liuoksen nostovoima on kääntäen verrannollinen kapillaarin säteen neliöön, alkaa kuitusolukon kapil-laarinen täyttyminen voimakkaimpana ja nopeimmin kesäpuu-30 osuudessa edellyttäen, että kuituonteloissa on käytettävissä riittävästi liuosta. Nähtävästi syntyvä liuospaine poistaa jäljellä olevaa ilmaa ja kesäpuukuidut täyttyvät ensimmäiseksi. Tällä on merkityksensä diffuusion alkuunpääsyn ja ke-mikaalioiden tasoittumisen kannalta kesäpuun paksuseinäisis-35 sä kuiduissa. Mainittua olettamusta tukee mm. kokeissa huomattu liuostäytön aikana ylläpidetyn tyhjön penetrointia edistävä vaikutus.

Koivulla ei ole kesä- ja kevätpuusolukoiden rakenteessa

II

n 80083 vastaavia eroja. Kokeissa tämä ilmeni selvästi koivun mänty-haketta parempana penetroinnin tasona ja nopeutena.

Satunnaisina esiintyvillä puun rakenteellisilla eroilla, kuten oksilla ja pihkan aiheuttamilla sulkeumilla, ei ole 5 määrällisesti sanottavaa merkitystä. Penetroitumattomat solukko-osat tulevat tavallaan huomioon otetuksi kuten solu-seinämäaines eli sillä on sama vaikutus kuin lisääntyvällä tiheydellä.

Hakkeen kosteuden ollessa alle 30 %, jolloin vesi on 10 kuituseinämissä ja sen huokosissa, hakkeen jäätymisellä ei kylmänä vuodenaikana liene penetroinnin kannalta oleellista merkitystä. Märemmässä hakkeessa, varsinkin jos vesi on pinnallisena kosteutena, kuitukapillaarien tukkeentuminen vaikeuttaa penetrointia jään sulamisen jälkeenkin.

15 Kuviossa 4 kaavamaisesti esitetty tyhjöpenetrointilaite 10 koostuu penetrointisäiliöstä 11, johon hake tuodaan syöt-töaukosta 12, johon voidaan liittää joko hakesyötössä käytettävä palloventtiili 13 tai lokero- tai korkeapainesyötin. Säiliön 11 alapäässä on materiaalin poistoaukko 14, ja siinä 20 palloventtiili 15. Säiliöön 11 aiheutetaan tyhjö yhteen 16 avulla, joka on venttiilin 17 avulla liitetty joko suoraan tyhjöpumppuun tai ilmanpoiston nopeuttamiseksi järjestettyyn tyhjövälisäiliöön. Säiliöön 11 on järjestetty vielä yhde 18, josta säiliöön 11 voidaan venttiilin 19 avulla johtaa penet-25 rointiliuosta esimerkiksi paineakusta.

Kuvion 4 mukaista laitteistoa käytetään siten, että säiliö 11 täytetään syöttöaukon 12 kautta, minkä jälkeen venttiili 13 suljetaan ja venttiili 17 avataan ja imetään ilmaa säiliössä 11 olevasta hakkeesta. Alipaineen annetaan laskea 30 arvoon, jossa seuraavassa vaiheessa syötettävä penetrointi-liuos ei vielä ala höyrystyä. Alipaine tasoittuu täytöksessä puulajista ja laitejärjestelyistä riippuen 0,5-5 minuutissa, minkä jälkeen suljetaan venttiili 17 ja avataan venttiili 19, joka päästää penetrointiliuoksen mahdollisimman nopeasti 35 säiliöön. On myös mahdollista pitää venttiili 17 avoinna ja antaa alipaineen vaikuttaa penetroitumista tehostavasti liuostäytön aikana. Kokeissa on todettu, että tällainen täytös penetroituu nopeasti ja tasaisesti muutamassa minuutis- 12 80083 sa.

Mikäli halutaan lisätä laitekapasiteettia, on mahdollista purkaa täytös ylipaineella paineistettuun vastaanottosäili-öön, jossa penetrointi menee loppuun ja kemikaalien diffun-5 dointi voidaan aloittaa lämpötilaa nostamalla.

Kuviossa 5 kaavamaisesti esitetty laitteisto 20 on ajateltu jatkuvana vuokäsittelynä suoritettavaan esimerkiksi koivu- ja muiden solukoltaan vastaavien lehtipuuhakkeiden penetrointiin. Penetrointiosan muodostaa kaarimainen kulje-10 tuskanava 21, joka laajenee yläosastaan tyhjökammioksi 22. Kuljetuskanavan alapäät, jotka toimivat barometrisenä tyhjö-sulkuna, on järjestetty keittoliuossäiliöön 23. Liuoksen pinnankorkeus pidetään vakiona ja tyhjökammioon 22 aikaansaadun alipaineen johdosta keittoliuos nousee kuljetuskana-15 van 21 liotusaltaassa 23 olevissa päissä alipainetta vastaavalle korkeudelle h muodostaen tyhjösulun. Hake syötetään ruuvikuljettimella 24, jota ympäröivä putki 25 on perforoi-tu, jotta haketta ympäröivä ilma pääsee poistumaan ennen kuin hake siirtyy kuljetuskanavan 21 päättömälle kuljetti-20 melle. Kuljettimen 21 nousevalta osalta hake purkautuu tyh-jökammion 22 ruuvikuljettimelle 26. Säätämällä kuljettimen 26 siirtonopeutta saadaan hakkeelle haluttu viipymä tyhjö-kammiossa 22, josta päätön kuljetin 21 taas siirtää hakkeen alas keittoliuosaltaaseen 23. Kuljettimen 21 käännekohdassa 25 27 on edullista järjestää hiekan ym. vastaavien epäpuhtauk sien erotus hakkeesta. Käännepisteessä 28 kuljetinkanavasta 21 purkautuu liuokseen vajoava hakeosa altaan 23 pohjalle siirrettäväksi edelleen prosessiin. Liuokseen vajoamaton osa, joka on pääosiltaan kuoripäällistä, oksaista tms. huo-30 nosti penetroitunutta haketta, poistetaan altaan 23 pinnalta. Murskaamalla tämä hakeosuus edelleen siitä voidaan saada käyttökelpoista raaka-ainetta.

Edellä kuvattu laitteisto on rakenteeltaan ja toiminnaltaan yksinkertaisempi kuin kuvion 4 ratkaisu monine venttii-35 leineen. Lisäksi tyhjön tuottamiskustannukset ovat tässä tapauksessa pienemmät, koska suurin osa hakkeen mukana kulkevasta ilmasta erottuu jo ruuvisyöttimessä 24 eikä joudu tyhjöjärjestelmään. Oikeastaan ainoana heikkoutena keksinnön

II

13 80083 tämän suoritusmuodon mukaisella laitteella on se, että hake joutuu olemaan kosketuksissa keittoliuokseen jo ennen tyhjö-käsittelyä ruuvisyöttimessä 24 ja kuljetuskanavan 21 alapäässä. On kuitenkin todettu, että oikein mitoitettuna kul-5 jetinosuudet nesteen sisällä ovat niin lyhyitä, että hakkeen liuoksessaoloaika jää 10-15 sekuntiin. Sillä ei ole vielä suurta merkitystä helposti penetroituvasta puusta valmistettua haketta käsiteltäessä. Hakkeen kastumista vähentää vielä syöttimessä 24 purkautuva hakepaloja ympäröivä ilma sekä 10 tyhjö, joka alkaa vaikuttaa heti kuljettimen 21 alapäästä lähtien.

Kuviossa 6 esitetyssä laitesovellutuksessa on poistettu kuvion 5 laitteessa mainittu periaatteellinen haitta. Hake otetaan kahdesta tyhjättävästä välisäiliöstä 41 vuorotellen 15 tyhjöntäkammioon 42, josta kierukkakuljetin 43 syöttää tyh jätyn hakkeen kuljettimeen 45, mikä samalla toimii baromet-risenä tyhjösulkuna tyhjökammion ja hakkeen vastaanottosäi-liön 46 välillä. Kuljetin 45 on rakenteeltaan sellainen, että se vetää hakkeen nopeasti tyhjöstä paineelliseen allas-20 tilaan. Kohdassa 47 erotetaan haketta raskaampi hiekka ym. epäpuhtaudet. Säädettävällä nopeudella toimivalla kuljetus-kierukalla 48 säädetään hakkeen viipymä penetroitumisen saattamiseksi loppuun. Kohdassa 49 voidaan liuokseen vajoa-maton osa hakkeesta erottaa esimerkiksi rouhittavaksi. Kul-25 jettimella 50 siirretään penetroitu hake prosessiin. Vas-taanottoaltaassa 46 liuoksen pinnan korkeus pidetään vakiona. Silloin kun hakkeeseen penetroidaan määrätty kemikaali-annostus, syötetään liuos barometriseen sulkuun vallitsevan tyhjön vaikutuksesta muodostuvan pinnan tasolle kohtaan 51 30 eli korkeusero h liuospintojen välillä vastaa tyhjöä tyhjö-kammiossa 43. Hakkeen sulutuksissa 52 voidaan käyttää hakkeen käsittelyyn soveltuvia pallo- tai levyventtiilejä, sulkusyöttimiä tai tulpparuuveja sekä tyhjiöinnissä 53 tavanomaisia sulkulaitteita.

35 Kuviossa 6 laiteosat 41, 52 ja 53 voidaan ajatella kor vattaviksi esimerkiksi koivuhakkeen penetroinnissa tulppa-ruuvipuristimella, joka syöttää hakkeen tyhjöntätilaan 42.

Edellä kuvattu laitteisto soveltuu jatkuvaan hakkeen pe- 14 80083 netrointiin etenkin pyrittäessä määrättyyn tasaiseen kemi-kaaliannostukseen. Mikäli on kyse penetroinnista vedellä, vaihtelevan veden tarpeen hoitaa vastaanottosäiliön vesipinnan säätö.

5 Kuvioissa 7 ja 8 on esitetty kaavioina kaksi toiminta- asemaa tyhjöpenetrointilaitteesta, jonka toimintaperiaate on sama kuin kuviossa 4 esitetyssä laitteessa, mutta hakkeen käsittelytilana on pyörivä roottori.

Kuvio 7 esittää alkutilanteen, jossa roottoriin 60 edel-10 lisestä käsittelyerästä jäänyt siirtoliuos on yhteen 61 kautta poistettu ja hake täytetään täyttöaukon 62 kautta roottorin toisessa päässä olevan reikälevyn ollessa asennossa S. Kuviossa 8 roottorin seulalevyn asennossa S vaikutetaan hakkeeseen ensin tyhjöllä yhteen 63 kautta. Penetroin-15 tiliuos tai vesi johdetaan yhteellä 64 ja täytön tapahduttua joko välittömästi tai määrätyn vaikutusajan jälkeen käsitelty hake siirretään vastaanottosäiliöstä yhteellä 65 otettavalla liuoksella yhteen 66 kautta mainittuun vastaanottosäi-liöön. Vastaanottosäiliössä on eduksi, joskaan ei välttämä-20 töntä, ylläpitää muutaman barin nestepainetta. Vastaanotto-säiliön asemesta voidaan hakkeen jatkokäsittely hoitaa myös kuvioiden 5 ja 6 laitesovellutusten barometristä tyhjösulkua käyttäen. Mikäli on kyse vesipenetroinnista ei yhdettä 64 tarvita.

25 Edellä kuvattu laitejärjestely soveltuu esimerkiksi hak keen käsittelyyn hierrekuitutuotantoa varten vedellä, johon tarvittaessa voidaan edullisesti liuottaa pH-säätöä tai kuidun saantoa tai väriä parantavia kemikaaleja.

Mainituissa roottorilla varustetuissa laitteissa penet-30 rointitila on rakenteellisista syistä tehtävä suhteellisen pieneksi. Toisaalta etuina saavutetaan lyhyet ja nopeat tyhjöntä- tai liuostäyttöajät ja siten hyvä läpäisykapasi-teetti. Nopeat ja voimakkaat painevaihtelut ilman poistuessa ja liuoksen tunkeutuessa sen tilalle edistävät kuitujen vä-35 listen rengashuokosten avautumista, mikä parantaa penetroi-tumisen tasoa ja nopeutta.

Keksinnön mukainen menetelmä antaa tarvittaessa mahdollisuuden säätää hakkeessa kuiva-ainetta kohti määritelty kemi-

II

is 80083 kaaliannostus halutulle tasolle penetroitavan liuoksen kemi-kaalipitoisuutta säätämällä. Tällöin tarvittavista mittaus-ja lisälaitteista, jotka soveltuvat kaikkien mainittujen tyhjöpenetroinnin laitesovellutuksien yhteydessä käytettä-5 vaksi, esitetään seuraavassa eräitä esimerkkejä kuvaamaan sovellutuksille asetettavia vaatimuksia.

Hakkeen vesipitoisuuden ja tiheyden mittaukseen sekä mittaustulosten siirtoon ja muuntoon penetroitavan liuoksen ke-mikaalipitoisuuden ohjaukseen soveltuvat yleensä ko. tarkoi-10 tuksiin käytetyt laitteet.

Hakkeen kiertoaika varastoitaessa on normaalisti joitakin viikkoja. Tällöin äärimmäiset vesipitoisuuden tilat tasaantuvat ja kosteuden vaihtelu käyttöön tulevassa hakkeessa esiintyy aaltomaisina muutoksina. Koska kuituseinämien puu-15 aineen tiheys on kaikilla kyseeseen tulevilla puulajeilla käytännöllisesti katsoen sama 1,32-1,35, voidaan yksinkertaistaen lähteä olettamuksesta, että samaa puulajia ja tiheyttä edustava, vakioidussa tilavuudessa ja täyttötihey-dessä käsitelty hakevuo tai -erä sisältää aina saman paino-20 määrän puun kuiva-ainetta tilavuus-yksikköä kohden. Tällöin myös soluonteloiden ja -huokosten yhteistilavuuden voidaan katsoa pysyvän samalla tasolla. Tästä seuraa, että hakkeen kulloinkin mitatun ja sen vakiona pidettävän kuiva-aineen välinen painoero, mikä sisältää myös puuaineen tiheyden muu-25 tokset, voidaan ottaa hakkeen sisältämän veden ja keskiarvosta poikkeavan tiheyden yhteiseksi määräksi, joka mainitusta soluonteloiden yhteistilavuudesta vähennettynä antaa vedestä ja puun tiheyden muutoksista vapaan ontelotilavuuden eli sen liuostilavuuden, jossa halutun kemikaaliannoksen tu-30 lee olla liuotettuna.

Mainituin edellytyksien penetroitavan liuoksen kemikaali-pitoisuus lfc (%) määräytyy halutun kemikaaliannostuksen b (% kuiva-aineesta) ja hakkeen vesipitoisuuden ja tiheyden yhteisvaikutuksen a (% kuiva-aineesta) perusteella kaavasta 35 _ 100 * b, jossa tekijän n arvo on ko. puuaineen tihey- n - a destä johdettava tekijä. Kokemuksen perusteella tekijään n voidaan sisällyttää laitekohtainen tai halutusta varmuus- 16 80083 tms. tekijästä aiheutuva korjaus. Esimerkiksi havupuulla tiheydessä 0,4 on tekijän n arvo korjauksitta 176 ja koivulla tiheydessä 0,6 vastaavasti 93. Kaavassa on olellista, ettei hakkeen määrällä tai täyttötiheydellä ole vaikutusta tu-5 lokseen.

Hakkeen vesipitoisuuden ja painon jatkuvaan seurantaan soveltuu esimerkiksi mittauslaite, jossa määritetään vesipitoisuus neutronisäteilyn ja paino gammasäteilyn avulla. Mikäli hakkeen tiheysvaihtelun jatkuva seuranta on tarpeellis-10 ta, kuljetushihnan mittausalueella hakevirran tulee olla tilavuudeltaan vakio tai mittaukset on suoritettava mittati-lassa, jolloin hakkeen täyttötiheys on helpoimmin vakioitavissa. Hakkeen tiheyden muutokset ovat normaalisti muutamien prosenttien luokkaa, joten useimmissa tapauksissa riittää, 15 että tiheyteen tehdään korjaus vasta määrätyn rajan ylityttyä tai puulajin tai -laadun huomattavasti muuttuessa. Kuvatuissa laitesovellutuksissa on jatkuvan hakevirran nopea ja täsmällinen käsittely mahdollista.

Huomattavasti yksinkertaisempi mutta useissa tapauksissa 20 riittävällä tarkkuudella toimiva laitesovellutus saadaan, kun hakkeesta määritetään vain vakioidussa tilavuudessa ja täyttötiheydessä olevan hakkeen painovaihtelu joko jatkuvasti tai käsittelyerittäin. Jäätynyt hake ei tässä niinkuin ei edellä kuvatussa laitesovellutuksessakaan aiheuta mittaus-25 virhettä, mutta hakkeen käsittelyn vaikeutuminen niin mittaus- kuin penetrointivaiheessa olisi parhaiten vältettävissä hakkeen sulatuksella ja osittaisella pintakosteuden kuivauksella. Tämä tehdään esimerkiksi lämpimällä ilmavirralla tai yksinkertaisimmin antamalla hakkeen kuivahtaa sa-30 teelta suojatussa varastossa. Puulajin tai -laadun oleellisesti muuttuessa tehdään vastaava korjaus ohjaustekijään. Mainittu toimintatapa on edullinen tuotettaessa varsinkin suursaantomassoja kuvioiden 7 ja 8 tyyppisillä penetrointi-laitteilla.

35 Hakkeen vesipitoisuuden ja tiheysvaihteluiden aiheuttaman penetroituvan liuoksen määrän muutoksista saatavia mittaustuloksia voidaan hyödyntää. Tällöin käsiteltävän hakevuon tai -erän penetroituvan liuoksen liuostilavuutta käytetään

II

17 80083 seuraavan hake-erän penetrointiliuoksen kemikaalipa.toisuuden säädössä ohjeena liuostilavuudeksi, johon halutun kemikaali-annostuksen on sisällyttävä. Näin meneteltäessä viiveestä syntyvällä virheellä ei käytännössä ole merkitystä, koska 5 melko hitaasti vaihtuvissa hakevarastoissa suurimmat paikalliset kosteuserot tasaantuvat ja tuotantoon otettavassa hakkeessa kosteustason voidaan kuvata vaihtelevan aaltomaisena jyrkkien kosteuserojen asemesta. Menetelmä on yksinkertaisin laitesovellutuksin toteutettavissa, ja siinä liuoksen kerni-10 kaalipitoisuuden säädön ohjaus saadaan kulloinkin käsiteltävän hakelaadun todella penetroituvan ontelotilavuuden mittauksesta.

Edellä esimerkkeinä selostetuissa laitesovellutuksissa hakkeen vesipitoisuuden, tiheyden ja paikallisten tukkeumien 15 aiheuttamasta penetroituvan liuoksen määrän muutoksista saatavalla ohjauksella säädetään liuoksen kemikaalipitoisuus annostuslaittein erillisessä liuossekoittimessa. Kulloinkin tarvittava penetroitavan liuoksen kemikaalipitoisuus saadaan esimerkiksi sekoittamalla väkevää kemikaaliliuosta ja pro-20 sessin myöhemmästä vaiheesta saatavaa kemikaaliliuosta tai jäteliuosta tai jätevettä haluttua kemikaalipitoisuutta tuottavassa suhteessa. Väkevän liuoksen pitoisuus säädetään lähelle ko. kemikaalin kyllästystilaa kulloinkin käytettävässä käsittelylämpötilassa.

25 Suuria kemikaalipitoisuuksia tarvitaan hakkeen vesipitoi suuden nousun vähentäessä "vapaata” kuituontelotilaa. Tällöin on eduksi korkeahkojen penetrointilämpötilojen antama kemikaalien liuokoisuuden parantuminen. Mikäli märän hakkeen "vapaa" ontelotila ei ole riittävä väkeviäkään liuoksia käy-30 tettäessä, on hakesolukon tasaisella ja mahdollisimman korkealla kemikaalipitoisuudella luotu diffuusiolle suotuisa lähtötilanne.

Liuosten määrän säätöön ja siirtoon voidaan käyttää edullisesti esimerkiksi annostelupumppuja.

35 Sekoittimeen tarvitaan yhteet, paitsi mainittujen liuos- komponenttien sisäänottoa varten, liuosseoksen johtamiseksi penetrointitilaan ja hakkeen siirtoliuoksen kierrättämiseksi .

is 80083

Hakkeen siirtoliuos otetaan vastaanottosäliöstä edullisesti penetroidun hakkeen pitennettyä ja rei'itettya purku-putkea ympäröivästä lieriöstä, jolloin siirtoliuos on pitoisuudeltaan sama tai edellisessä penetroinnissa käytettynä 5 lähes samaa tasoa. Siirtoliuosta on edullista käyttää myös penetroitavan liuoksen valmistukseen silloin, kun hakkeen vesipitoisuuden kasvaessa kemikaalipitoisuutta on nostettava. Tarvittaessa liuosseoksiin laimennusta voidaan esimerkiksi pesuvesiä ja jäteliuoksia käyttää huomioonottamalla 10 niiden lämpö- ja kemikaaliosisällön ja prosessissa kierrätyksen tuomat edut. Penetroitua haketta ympäröi vastaanottosäi-liössä lämmin liuos, jonka kemikaalipitoisuus vastaa edellä suoritettujen penetrointierien liuospitoisuuksien keskitasoa ja kemikaali-ionien diffundoituminen pääsee välittömästi al-15 kuun liuoksen täyttämän hakesolukon seinämiin. Impregnoinnin tavoite, riittävästi ja tasaisesti puuaineeseen diffundoitu-nut haluttu kemikaaliannostus, saavutetaan murto-osassa siitä ajasta, mikä tarvitaan yleensä käytännön impregnoin-nissa, kun kemikaaleista pääosa on saatava hakepalan ulko-20 puolelta olevasta liuoksesta diffuusion avulla.

Tehostettu penetroituminen vähentää oksamassan muodostumista. Edelleen voidaan oksamassan määrään ja laatuun vaikuttaa, kuten edellä selostettiin, käsittelemällä liuokseen vajoamatonta, osittain penetroitumatonta haketta erikseen. 25 Erotus voidaan suorittaa edullisesti hakkeen vastaanottosäi-össä. Säiliön yläosasta poistettava vaillinaisesti penetroitunut osa haketta pienennetään parhaiten sälemäiseksi ja palautetaan erillisen pidennetyn liuoskäsittelyn jälkeen prosessiin tai uudelleen suoritetussa erottelussa poistetaan 30 oksa- tms. vaikeasti kuituuntuva osa raaka-aineesta.

Mekaanisten epäpuhtauksien erotusta ennen ensimmäisen vaiheen tyhjökäsittelyä vedellä pesten ei keksinnön mukaisessa menetelmässä voida suorittaa. Itse käsittelyvaiheissa hake kuitenkin joutuu liuoksessa tapahtuvan sekoittumisen ja 35 painevaihteluiden kohteeksi, mikä tehokkaasti irrottaa hakkeeseen kiinnittyneitä epäpuhtauksia. Mikäli hakkeen puhtaudelle asetetut vaatimukset eivät ole toteutettavissa mainitussa käsittelyssä, suoritetaan hakkeen edelleen siirron ii 80083 yhteydessä normaali puhdistuskäsittely.

Edellä selostetun keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitesovellutuksin on hakkeeseen penetroitavissa nopeasti ja hallitusti läpi hakkeen tasaantuva riittävä liuostäytös. Sen 5 kemikaalipitoisuutta hakkeen kosteuden ja tarvittaessa tiheyden yhteisvaikutuksesta saatavalla ohjauksella voidaan haluttaessa säätää siten, että kemikaaliannostus hakkeessa sen kuiva-ainetta kohti laskettuna pysyy käytännöllisesti katsoen samalla halutulla tasolla. Tällöin on hakkeen tasaisen ja 10 täydellisen impregnoinnin loppuun saattamiselle eli hitaalle kemikaali-ionien diffundoitumiselle luotu edullinen lähtötilanne: mahdollisimman korkea liuoksen kemikaalipitoisuus ja lämpötila sekä lyhyt matka reaktiokohteisiin. Hallittu erittäin nopea tasasuhtainen hakkeen impregnointuminen parantaa 15 välillisesti tuotteen laatua ja säästää raaka-aineita ja energiaa. Samalla prosessin läpimenoaika lyhenee oleellisesti. Näin esimerkiksi vanhojen keittämöiden kapasiteettia voidaan edullisesti parantaa.

Menettely soveltuu käytettäväksi aikalisissä ja neutraa-20 leissa keittomenetelmissä. Etenkin se soveltuu suursaantois-ten ja kemimekaanisten massojen tuotantoon, jolloin pienellä kemikaaliannostuksella ja lyhyellä, mahdollisesti höyryfaa-sissa tehtävällä kuumennuksella pyritään saavuttamaan suuri saanto ja hyvä kuidun laatu. Edelleen menetelmää on edullis-25 ta käyttää impregnointikohteissa, joissa pienet kemikaali-määrät on jaettava tasaisesti raaka-aineeseen. Tarkoituksena voi olla esimerkiksi hemiselluloosan stabilointi ja katalyyttien tai valkaisukemikaalien käyttö. Mekaanisessa kuitu-tuotannossa hake voidaan penetroida kuumalla vedellä, johon 30 mahdollisesti on lisätty pieniä kemikaalimääriä. Menettely lisää mahdollisuuksia käyttää totuttua heikompaa puu- tai hakelaatua, esimerkiksi kuivahtanutta sahahaketta TMP-, CTMP- ja CMP-menetelmissä.

Keksinnön mukaista raaka-aineen esikäsittelyä voidaan 35 kuitutuotannon lisäksi käyttää edellä esitetyin järjestelyin huokoista selluloosapitoista raaka-ainetta impregnoitaessa esimerkiksi levytuotannossa tai raaka-ainetta kemiallisesti muunnettaessa esimerkiksi puun sokeroinnissa tai yleensä 20 80 083 puun aineosien hyödyntämisessä.

Edellä on esitetty eräitä edullisia esimerkkejä niistä monista muunnoksista, jotka sisältyvät keksinnön suojapii-riin ja joita rajoittavat vain oheiset patenttivaatimukset.

2i 80083

Patenttivaatimukset 1. Menetelmä selluloosapitoisen palamuotoisen raaka-aineen esikäsittelemiseksi kahdessa vaiheessa, jossa menetelmässä ensimmäisessä vaiheessa raaka-aineesta poistetaan 5 ilmaa tyhjökäsittelyn avulla ja toisessa vaiheessa raaka-aine saatetaan yhteyteen liuoksen kanssa, tunnettu siitä, että tyhjökäsittely suoritetaan ilman raaka-aineen oleellista kostutusta kuten höyrytystä, pesua tai muuta tavanomaista vesipitoista käsittelyä, että liuos on penetroin-10 tiliuosta, joka on kemikaaliliuosta tai vettä ja jonka lämpötila on alempi kuin liuoksen kiehumispiste käytetyssä tyhjössä, ja että liuoksen annetaan penetroitua raaka-aineeseen nopeasti tyhjökäsittelyn jälkeen, kuten 5 min, parhaiten 1 min, kaikkein parhaiten 0,5 min sisällä tyhjökäsittelystä, 15 ilmakehän tai sitä korkeamman paineen alaisena.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä tunnet-t u siitä, että penetrointiliuosta aletaan johtaa raaka-aineeseen tyhjön vielä vaikuttaessa ja että johtamisen lopuksi kohdistetaan liuokseen parhaiten paineisku.

20 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä tun nettu siitä, että käytettävä tyhjö on 0,1-0,5 bar, edullisesti 0,2-0,4 bar, ja että raaka-aineeseen penetroi-" daan vesiliuosta tai vettä, jonka lämpötila on 35-85 °C, edullisesti 45-75 °C.

- : 25 4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä ..· tunnettu siitä, että raaka-aineeseen penetroidaan kemikaaliliuosta ja että liuoksen kemikaalipitoisuus säädetään raaka-aineen kosteuden, tai kosteuden ja tiheyden, tai penetroituvan liuoksen määrän mukaan, parhaiten kaavan 30 lk = 100 * b n - a mukaan, jossa kaavassa lk on kemikaalipitoisuus, a on kosteuden ja tiheyden yhteisvaikutus, 35 b on kemikaaliannostus ja n on korjaustekijöistä muodostuva tekijä.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että penetrointiliuos johdetaan 22 80 083 raaka-aineeseen samassa astiassa, missä tyhjökäsittely on suoritettu, minkä jälkeen raaka-aine siirretään vastaanotto-säiliöön, jossa vallitsee ilmakehän tai korkeampi paine ja jossa penetrointi suoritetaan loppuun, ja että parhaiten 5 raaka-aine siirretään tyhjökäsittelyastiasta vastaanottosäi-liöön vastaanottosäiliöstä otettavan liuoksen avulla.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä tunnettu siitä, että penetrointiliuos on valmistettu kyllästetystä tai lähes kyllästetystä väkevästä kemikaali- 10 liuoksesta sekä raaka-aineen jatkokäsittelystä saatavasta kemikaaliliuoksesta tai pesu- tai muusta jätevedestä.

7. Laitteisto selluloosapitoisen palamuotoisen raaka-aineen esikäsittelemiseksi kahdessa vaiheessa, johon laitteistoon kuuluu käsittelysäiliö, jossa on raaka-aineen syöt- 15 töaukko, raaka-aineen poistoaukko, yhde ilman poistamiseksi käsittelysäiliöstä sekä käsittelyliuoksen syöttöaukko käsit-telyliuoksen saattamiseksi tyhjökäsitellyn raaka-aineen yhteyteen, tunnettu siitä, että käsittelysäiliö on oleellisesti kostuttamattoman raaka-aineen käsittelysäiliö 20 (11/60), jossa käsittelyliuoksen syöttöaukko on penetrointi- liuoksen syöttöaukko (18/64) penetrointiliuoksen johtamiseksi nopeasti säiliöön ilmakehän tai sitä korkeamman paineen alaisena ja jossa raaka-aineen poistoaukko (14/66) on par-haiten yhdistetty vastaanottosäiliöön, jossa vallitsee ilma-25 kehän tai sitä korkeampi paine.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laitteisto tunnettu siitä, että laitteistossa on roottoripesä, johon raaka-aineen syöttöaukko (62), ilmanpoistoyhde (63), penetrointiliuoksen syöttöaukko (64) sekä raaka-aineen poistoaukko (66) 30 liittyvät ja että käsittelysäiliö on pesässä pyörivä, ainakin toisesta päästä avoin roottori (60), jolloin roottoripe-sään liittyy parhaiten myös raaka-aineen siirtoliuoksen ; syöttöaukko (65).

9. Laitteisto selluloosapitoisen palamuotoisen raaka-35 aineen esikäsittelemiseksi kahdessa vaiheessa, johon lait- ; teistoon kuuluu ensimmäisen vaiheen tyhjökäsittelysäiliö, jossa on raaka-aineen syöttöaukko, raaka-aineen poistoaukko, : sekä yhde ilman poistamiseksi tyhjökäsittelysäiliöstä, sekä

II

23 80083 erillinen toisen vaiheen käsittelysäiliö raaka-aineen ja kä-sittelyliuoksen saattamiseksi toistensa yhteyteen, jossa säiliössä on raaka-aineen syöttöaukko, käsittelyliuoksen syöttöaukko sekä raaka-aineen poisto-aukko, tunnet-5 t u siitä, että tyhjökäsittelysäiliö on oleellisesti kos-tuttamattoman raaka-aineen tyhjökäsittelysäiliö (22/43), että toisen vaiheen käsittelysäiliö on penetrointisäiliö (23/46) jossa vallitsee ilmakehän tai sitä korkeampi paine ja joka penetrointisäiliö on parhaiten erotettu tyhjökäsit-10 telysäiliöstä barometrisen sulun (21/45) avulla.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että siinä on syötin (24) raaka-aineen syöttämiseksi penetrointisäiliöön (23), kuljetuskanava (21) raaka-aineen kuljettamiseksi nopeasti penetrointisäiliöstä 15 tyhjökäsittelysäiliöön (22) ja siitä takaisin penetrointi säiliöön ja jonka kuljetuskanavan alku- ja loppupää muodostavat barometriset sulut penetrointisäiliön ja tyhjökäsitte-lysäiliön välille.