FI88627C - Hoegtemperatur-hoegkonsistens-snabblekning - Google Patents

Description

1 88627

Korkealämpötila-korkeakonsistenssi-pikavalkaisu

Keksintö koskee paperin valmistukseen käytettävän 5 kuidun korkealämpötila-korkeakonsistenssi-pikavalkaisua.

Keksintö koskee myös sellaisen kuidun pikavalkai-sua, joka kuitu on valmistettu jätepaperista. Keksinnön kohteena on vielä hapettava peroksidivalkaisu, kuten myös pelkistävä, ditioniittia valkaisuaineena käyttävä valkai-10 su.

Molemmat mainitut valkaisutavat ovat nykyisin tavallisesti kauan kestäviä, lämpöä kuluttavia prosesseja, joiden toteuttamiseksi täytyy rakentaa vielä kalliita rakennelmia, esimerkiksi korkeita valkaisutorneja reaktio-15 astioiksi, koska valkaisuvaihe kestää yli 1-2 tunnin ajan.

Erään nykyisin yleisesti käytetyn menetelmän mukaisesti esim. käytettäessä ditioniittia valkaisuaineena menetellään niin, että laimea liuos, jossa massan osuus 20 on 5 % (paino), lämmitetään lämpötilaan 60 °C ja tämä materiaali sekoitetaan kaksiroottorisessa sekoittimessa 1-2 %:n kanssa ditioniittia. Tämä seos johdetaan valkaisutor-niin, jossa on virtaus ylöspäin ja jonne materiaali jää valkaisua varten yli 60 min:n ajaksi.

.·. : 25 Toinen, ditioniittia valkaisuaineena käyttävä tun nettu menetelmä on niin sanottu MC- eli Medium Consistency -menetelmä, jossa käytetään kuitusulpun sakeutta 15 % (paino). Myös tässä tapauksessa materiaaliin sekoitetaan ·_ 1-2% ditioniittia. Sekoittimena on sekoituspumppu, niin '· 30 sanottu MC-pumppu, joka sekoittaa valkaisuaineen nopeasti ja hyvin. Siitä huolimatta tässä menetelmässä täytyy huo-: lehtiä ilman poisjohtamisesta, jota varten MC-pumppu on ; asennettu niin, että sekoituksen kanssa samanaikaisesti ____: tapahtuu ilman poisjohtaminen. Koska tässä on kyseessä ... 35 pelkistävä valkaisu, työskentelyn täytyy tapahtua niin, 2 88627 että läsnä ei ole ilmaa, jonka happi muuten aiheuttaisi valkaisuaineen hajoamisen. Myös tässä tapauksessa valkaisuaineen kanssa sekoitetun materiaalin lämpötila n. 60 °C ja valkaisuaika n. 60 min. Suuremman konsentraation takia 5 tässä menetelmässä voidaan käyttää vähän pienempää val-kaisutornia kuin edellä mainitun laimealiuos-menetelmän yhteydessä oli välttämätöntä.

Hapettavassa valkaisussa, jossa käytetään peroksi-dilisäystä, käytettiin jo kuitusulpun sakeutta 15 - 30 %. 10 Kemikaalit sekoitettiin suspensioon hitaasti pyörivässä dispergointilaitteessä.

Pelkistävää ditioniittivalkaisua, jossa kuitusulpun sakeus on yli 15 %, ei ole vielä toteutettu. US-patenttijulkaisussa 2 936 395 ehdotetaan ditio-15 niittivalkaisulle kuitusulpun sakeuksia 20 - 50 % ja lämpötiloja 38- 110 °C. Tällöin täytyy tosin vielä poistaa ilmaa ja työskenneltäessä täytyy käyttää ilmatiiviitä reaktioastioita.

Tiedettiin siis, että korkeakonsistenssi-korkea-20 lämpötila-pikavalkaisukokeissa, joissa käytetään valkaisuaineena ditioniittia, oli välttämätöntä poistaa ilma tai estää sen pääsy, mikä oli vaikeasti toteutettavissa huolimatta kalliista välineistä, jolloin kustannukset ylittivät odotettavissa olevat kustannusten säästöt.

25 Tämän laitteiston tehtävänä on tehdä mahdolliseksi korkeakonsistenssi-korkealämpötila-pikavalkaisu, jota käytettäessä on mahdollista saavuttaa säästöjä tulosten ollessa likimain samoja kuin tähänastisissa valkaisumenetelmissä. Reaktioaikoja voidaan lyhentää. Työskenneltäes-30 sä voidaan käyttää kuitusulpun tiheyksiä yli 15 %.

Tämä tehtävä voidaan toteuttaa keksinnön mukaisesti niin, että massaan lisätään valkaisukemikaalit välittömästi sakeutetun kuidun lämmityksen jälkeen ja välittömästi ennen sekoitusta, joka suoritetaan nopeasti pyöri-35 vässä pikatehosekoittimessa alle 3 s:n aikana.

i 3 88627

Huomattiin, että erittäin edullista on suorittaa sekoitus dispergointilaitteessa, jossa seos pakotetaan monien ahtaiden rakojen läpi, jolloin materiaali joutuu samanaikaisesti voimakkaiden leikkaus- ja iskujännitysten 5 alaiseksi ja sekoittuminen tapahtuu sekunnin aikana.

Pelkistävän ditioniittivalkaisun yhteydessä on yllättävästi ilmennyt, että kun työskennellään tällä kor-kealämpötila-korkeakonsistenssi-alueella ja kun käytetään pelkistävän valkaisuaineen tehokasta ja erittäin lyhytai-10 kaista sekoitusta ja valkaisuaineen reaktionopeus on suuri, ei ole enää välttämätöntä käyttää ilman tai hapen pääsyn estämiseksi erityisiä toimenpiteitä, joita tähän saakka on pidetty välttämättöminä.

Massan korkean konsistenssin vuoksi vältytään suu-15 remmalta lämmön kulutukselta.

Kirjallisuudesta on tunnettua, että ditioniitti-valkaisussa tarvitaan vain vähäinen aktivointienergia, niin että valkaisureaktion nopeus määräytyy diffuusiota-pahtuman mukaan.

20 Havaittiin, että pelkistävän valkaisuaineen tehok kaan ja lyhytaikaisen sekoituksen vuoksi kuitujen valkai-sureaktio alkaa, ennen kuin hapelle herkällä valkaisuaineella on mahdollisuus joutua kosketuksiin ilman kanssa -j· haitallisen pitkäksi ajaksi.

: 25 Tähän tarkoitukseen tehopikasekoittimeksi sopii ;·. dispergointilaite erityisen hyvin, koska tässä massa pa kotetaan sekoituksen yhteydessä useiden ahtaiden rakojen läpi, jolloin se joutuu samanaikaisesti voimakkaan leikkaus- ja iskujännityksen alaiseksi. Tämän vaivauksen an-30 siosta tehokkaat kemikaalit joutuvat kuitujen välittömään läheisyyteen äärimmäisen nopeasti, missä yhteydessä sitten samanaikaisesti kemikaalien diffuusio kuitujen sisäl-le alkaa ja tapahtuu nopeasti.

Tämän menetelmän suuri etu on myös se, että täl-35 löin käytetään sekoittimena dispergointilaitetta, niin 4 88627 että samassa laitteessa suoritetaan kaksi menetelmän tehtävää: sekoituksen yhteydessä valkaisukemikaalien käyttö ja massan samanaikaisen dispergoinnin yhteydessä epäpuhtauksien vaarattomaksi tekeminen, mikä on välttämätöntä 5 jalostettaessa jätepaperia.

Käytettäessä dispergointilaitteita valkaisusekoit-timina voidaan tähänastista valkaisusakeuksien rajaa n. 15 - 18 % kohottaa noin arvoon 30 % ja sen yli, jossa yhteydessä saavutetaan joukko reaktiokineettisiä, 10 energeettisiä ja yhdistettyjä etuja.

Suuri kuitusulpun sakeus merkitsee valkaisukemikaalien konsentraation kohoamista eli massavaikutuksen lain mukaan myös valkaisutuotteen lisääntymistä. Kun läsnä on kuidun häiritseviä aineosia, esimerkiksi raskasme-15 talli-ioneja, jotka aiheuttavat valkaisuaineen hajoamisen, täytyy luonnollisesti ottaa lukuun myös näiden häiritsevien aineosien konsentraation kasvaminen, jos jalostettavan massan kuitusulpun sakeus kasvaa. Se täytyy estää sopivien toimenpiteiden avulla, esimerkiksi käyttä-20 mällä nk. kompleksointia eli lisäämällä kompleksinmuodostajia .

Toinen tämän menetelmän etu on se, että voidaan käyttää esimerkiksi lämpötilaa 95 °C, joka on tarpeen myös suoritettaessa mainittujen epäpuhtauksien vaaratto-25 maksi tekeminen kuumadispergoinnin avulla, niin että ei tarvita kuidun lisälämmitystä. Tätä täytyy pitää ratkaisevana etuna, koska ditioniittivalkaisun yhteydessä termisillä kustannuksilla on ratkaiseva merkitys. On itsestään selvää, että dispergointilämpötila, jonka tulee olla 30 samalla myös valkaisulämpötila, ei saa olla niin korkea, että tämä johtaa valkaisuaineen liialliseen hajoamiseen. Tähän päästään niin, että - kuten edellä on mainittu -työskennellään paineettomalla alueella lämpötilassa alle 100 °C.

35 Lisäansiona voidaan pitää säästymistä suuremman 5 88627 laimennus- tai MC-tornin sekä vastaavan pumppuvarustuksen hankinnalta.

Mainittu dispergointi- ja valkaisuilmiöiden yhdistelmä johtaa näiden ilmiöiden yhteydessä muuten välttä-5 mättömän laitteiston säästämiseen.

Ehdotettu menetelmä tuo täysin esiin ditioniitti-valkaisun edut. Seuraavat merkittävät piirteet ovat tunnusomaisia ditioniittivalkaisulle:

Niillä on matala aktivointienergia, eli reaktion 10 kulku määräytyy suurelta osin valkaisuaineen diffuusiosta kuituihin ja vähemmän eli varsinaisesti ei ollenkaan katalyyttisistä ja dissosiaatioon ja konsentraatioon liittyvistä ilmiöistä.

Reaktionopeus valkaisun yhteydessä on hyvin suuri, 15 esim. 80 - 90 % valkaisutehosta voidaan saavuttaa tehokkaassa valkaisuajassa, joka on 1 min tai sen alle. 5 min:n kuluttua reaktio on käytännöllisesti katsoen päättynyt. Se johtaa myös siihen, että 60 min:n viipymäaikaa varten tarkoitetun suuremman valkaisutornin sijasta voi-20 daan käyttää oleellisesti pienempää puskurisäiliötä suuren reaktionopeuden vuoksi. Tämä voidaan mitoittaa korkeintaan 15 min:n viipymäaikaa varten. Nopean, n. 1 s:ssa tapahtuvan valkaisuaineen sekoituksen ja lyhyen ja heti tapahtuvan valkaisutapahtuman keston vuoksi eivät toimen-: 25 piteet ilman pääsyn estämiseksi ole välttämättömiä kuten tilanne oli aiemmin. Niinpä myös sellainen pelkistävä ’ . prosessi on mahdollista toteuttaa ilman läsnäollessa.

Tällöin ei tapahdu valkaisuaineen oleellista hajoamista, * “ niin että saavutettu valkoisuus käytettäessä annettu mää- 30 rä valkaisuainetta on vain hieman vähäisempi tai sama kuin kustannuksiltaan kalliimman tavanmukaisen valkaisu-* menetelmän yhteydessä.

Käyttämällä mainittua dispergointi- ja valkaisu-vaikutusten yhdistelmää voidaan säästää erillinen valkai-35 suvaihe, koska prosessin valkaisuvaikutus tapahtuu yhtä 6 88627 aikaa kuin dispergointivaihe.

Seuraavassa selvitetään keksinnön kohdetta lähemmin piirroslehden ja käyttöesimerkkien kuvauksen avulla.

Piirroslehdellä esitetään: kuviossa 1 kaavamaises-5 ti laitteisto keksinnön mukaisen pikavalkaisun suorittamiseksi, kuviossa 2 dispergointilaitteen osittainen leikkaus pituussuuntaan, kuviossa 3 valokuva avatusta disper-gointilaitteesta.

Kuitu 1, jota käytettiin paperin valmistukseen jä-10 tepaperista, joutuu repimis-ruuvikuljetuslaitteeseen 2, jossa ruuvikuljetin toimii moottorin 3 avulla. Massa johdetaan kuumennuslaitteeseen 4, jonka ruuvikuljetin toimii moottorin 5 avulla ja jota kuumennetaan höyryputken 6 välityksellä. Tässä laitteessa kuitu kuumennetaan lämpöti-15 laan n. 95 °C. Välittömästi laitteesta 4 poistuttuaan kuumennettu kuitu putoaa nopeasti pyörivän pikatehose-koittimen, tässä tapauksessa on kyse dispergointilait-teesta 11, syöttökuiluun 7, eli jo syöttökuilussa 7 lisätään sakeentuneeseen ja lämmitettyyn kuituun valkaisuai-20 ne, valkaisukemikaalit linjaa 8 pitkin, joka päätyy syöttökuiluun 7. Sekoitustapahtuma alkaa sen jälkeen välittömästi syöttöruuvin 21 alueella, joka ruuvi on dispergointilaitteen 11 kotelossa 10 ja jota pyörittää moottori 9. Tämä ruuvi 21 kuljettaa materiaalin dispergointilaitteen 25 kammioon 20, jossa se sinkoutuu säteen suuntaisesti ulospäin, niin että se joutuu dispergointilaitteen staattorin 18 tai roottorin 17 hammastukseen ja tämän läpikäytyään poistuu dispergointilaitteesta. Tämä sekoitus-dispergoin-tioperaatio tapahtuu alle 1 s:n aikana. Materiaali pako-30 tetaan ruuvin 21 kautta, kammion 20 kautta ja roottorin 17 ja staattorin 18 hammastuksen kautta, jolloin se hampaiden välissä ja mennessä läpi rakojen, jotka ovat hyvin nähtävissä erityisesti kuviossa 3 hampaiden välissä joutuu voimakkaiden leikkaus- isku- ja vaivausrasitusten 35 alaiseksi. Tässä kuvatun dispergointilaitteiston läpikul- i 7 88627 kemisvaiheessa ei tapahdu vain valkaisuaineen sekoittuminen valkaistavaan aineeseen, missä yhteydessä valkaisuil-miö tapahtuu, vaan myös dispergointivaihe, jonka yhteydessä tapahtuu epäpuhtauksien, esim. lateksiliiman, vaa-5 rattomaksi tekeminen. Staattorin 18 ja roottorin 17 tunnettu rakenne sekä niiden hammastus on nähtävissä erityisen hyvin kuvioissa 2 ja 3. Niissä on nähtävissä myös osa ruuvista 21, joka painaa seoksen kammioon 20. Roottoria 17 kannattaa ja pyörittää akseli 19, joka on laakeroitu 10 dispergointilaitteen koteloon 12. Tätä akselia 19 käyttää moottori 13. Roottorin kierrosluku on suhteellisen suuri. Roottorin halkaisijasta riippuen kierrosluku on välillä 1000-3600 kierrosta minuutissa. Tämä edellyttää materiaalin salamannopeaa läpimenoa dispergointilaitteistosta 15 ajassa, joka on alle 1 s. Dispergoitu seos johdetaan dis-pergointilaitteesta 11 puskurisäiliöön 14, jossa valkai-sutapahtuma päättyy. Valkaistu materiaali johdetaan val-mismassana linjaa 15 pitkin jatkojalostukseen. Ei tarvitse ryhtyä erityistoimenpiteisiin ilman pitämiseksi poissa 20 materiaalista. Niinpä myös tankki 14 on yhteydessä ilmaan tuuletuksen 16 kautta.

I. Esimerkki pelkistävää valkaisua, ditioniitti-valkaisua varten

Seos, joka sisälsi etupäässä sellusta valmistet-.·. ; 25 tua, osittain pinnoitettua ja värjättyä jätepaperia, -I * liuotettiin pilot-laitteistossa käyttäen kuitusulpun sa- keutta 6 % ja lämpötilaa 45 °C lisäämättä kemikaaleja. Paksun paperimassan puhdistuksen ja sen jälkeisen lajittelun jälkeen massa pestiin Variosplit-pesurin (R) avul-30 la. Pestyn massan kuitusulpun sakeus oli 7,6 % ja sen valkoisuus R«s - 54,2 % MgO.

Kun oli suoritettu laimennus arvoon 4,4 %, suoritettiin sakeuttaminen seulapuristimessa arvoon 30,6 %. Valkoisuus R497 oli nyt 54,7 % MgO. Dispergointilaittees-35 sa ilman valkaisukemikaaleja suoritetun kierrätyksen jäi- s 88627 keen, jolloin massa oli lämmitetty etukäteen lämpötilaan 95 °C kuumennusruuvin avulla, mitattiin valkoisuus R-t s 7 52,6 %.

Vastaavassa valkaisukokeessa sumutettiin disper-5 gointilaitteen syöttökuilussa kuumennusruuvin jälkeen lämmitettyyn massaan 1 % natriumditioniittia Na2S20< ja 0,25 % kompleksinmuodostajaa DTPA laimeana liuoksena suuttimen avulla. Välittömästi sen jälkeen kuitu syötettiin dispergointilaitteeseen. Kun materiaali oli kulkenut 10 läpi dispergointilaitteiston, otettiin näyte, josta valkoisuudet R4s 7 määritettiin erilaisten viipymäaikojen kuluttua. Mitattiin seuraavat valkoisuudet R«s 7 : ajanhet-kellä 0 61,3 % MgO, 5 min kuluttua 63,4 % MgO, 15 min kuluttua 63,5 %, 30 min kuluttua 63,9 %.

15 Suoritettaessa pelkistävä korkeakonsistenssi-kor- kealämpötila-pikavalkaisu käyttämällä dispergointilaitet-ta tehopikavalkaisusekoittimena voitiin siis saavuttaa valkoisuuden R<37 kohoaminen yli 11 valkoisuuspistettä.

II. Esimerkki hapettavaa korkeakonsistenssi-kor-20 kealämpötila-valkaisua, peroksidivalkaisua varten

Seos, joka sisälsi puupitoista ja sellusta valmistettua jätepaperia, liuotettiin ammattikoulussa massasul-puttimessa kuitusulpun sakeuden ollessa 15 % ja lämpötilan 50 °C lisäämällä 0,2 % kompleksinmuodostajaa DTPA, 25 0,4 % natriumhydroksidia NaOH, 2 % vesilasia ja 0,5 % ve typeroksidia H2Oa . Paksun paperimassan puhdistuksen ja lajittelun jälkeen massa pestiin Variosplit-pesurissa (R). Tällöin lähtöaineen valkoisuus R4 3 7 kohosi arvosta 60,5 % arvoon 64,3 % MgO. Pestyn massan kuitusulpun sa-30 keus oli 8,5 %.

Tämä kuitu laimennettiin kuitusulpun sakeuteen 3,3 %, sekoitettiin vielä 0,7 % natriumhydroksidia NaOH ja 0,1 % kompleksinmuodostajaa DTPA ja sen jälkeen väkevöi-tiin seulapuristimella kuitusulpun sakeuteen 25,7 %. Sen 35 valkoisuus oli nyt 65,9 % MgO. Kuumennusruuvissa 5 min 9 88627 kestävän kierrätyksen ja dispergointilaitteessa kierrätyksen jälkeen - kulloinkin ilman valkaisukemikaalien lisäyksiä - oli massan lämpötila 95 °C, kuitusulpun sakeus 23 % ja valkoisuus R<a - 64,1 % MgO.

5 Kokeessa, jossa lisättiin valkaisukemikaaleja, su- mutettiin lämmitettyyn massaan syöttökuilussa ennen dis-pergointilaitetta vielä 1 % vetyperoksidia HzO2 laimeana liuoksena suuttimen avulla. Dispergointilaitteiston ohituksen jälkeen otettiin eri aikojen kuluttua näytteitä ja 10 valkoisuudet R« a 7 mitattiin. Tällöin saatiin seuraavat tulokset: nollapisteessä 65,6 % MgO, 5 min valkaisuajan kuluttua 65,9 % MgO, 15 min valkaisuajan kuluttua 67,0 % MgO, 30 min valkaisuajan kuluttua 68,2 % MgO, 60 min valkaisuajan kuluttua 68,2 % MgO.

15 Vaikka kuitu oli siis jo esivalkaistu sulputtimes- sa vetyperoksidilla, voitiin tässä yhteydessä hapettavan korkealämpötila-korkeakonsistenssi-valkaisun avulla käytettäessä dispergointilaitetta tehopikavalkaisusekoitti-mena kohottaa vielä valkoisuutta R<s 7 4,1 valkoisuuspis-20 tettä arvosta 64,1 arvoon 68,2 % MgO.

Claims (12)

1. Jätepaperin (1) korkealämpötila-kcrkeakonsis- 5 tenssi-pikavalkaisu paperin valmistamiseksi, tunnettu siitä, että valkaisukemikaalit (8) lisätään massaan välittömästi sakeutetun kuitumassan lämmityksen (4) jälkeen ja välittömästi ennen sekoitusvaihet-ta, joka sekoitusvaihe suoritetaan nopeasti pyörivässä 10 pikatehosekoittimessa (11) ajassa, joka on alle 3 s.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen pikavalkaisu, tunnettu siitä, että sekoitus suoritetaan disper-gointilaitteessa (11), jossa seos pakotetaan dispergoin-tilaitteiston (17, 18) monien ahtaiden rakojen läpi, mis- 15 sä materiaali samanaikaisesti joutuu voimakkaiden leikkaus- ja iskurasitusten kohteeksi ja sekoitus tapahtuu sekunnin aikana.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen pikavalkaisu, tunnettu siitä, että valkaisukemikaalit (8) suih- 20 kutetaan dispergointilaitteen (11) syöttökuiluun ennen dispergointilaitteen kuljetusruuvia (21).

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen pikavalkaisu, tunnettu siitä, että kuitumassan lämmitys suoritetaan siihen vaiheeseen, joka on välttämätön myös kuuma- 25 dispergoinnissa epäpuhtauksien hajottamiseksi ja vaarattomaksi tekemiseksi.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen pikavalkaisu, tunnettu siitä, että massaan (1) sekoitetaan peroksidivalkaisua varten peroksidivalkaisukemikaaleja.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen pikavalkai su, tunnettu siitä, että massaan sekoitetaan pelkistävän valkaisun suorittamiseksi ditioniittivalkaisukemi-kaaleja.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen pikavalkaisu, 35 tunnettu siitä, että työskennellään lämpötila-alueella 40 - 110 °C. 11 88627

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen pikavalkaisu, tunnettu siitä, että työskennellään lämpötila-alueella 95 °C.

9. Patenttivaatimuksen 6 mukainen pikavalkaisu, 5 tunnettu siitä, että työskennellään kuitusulpun sakeuden alueella 20 - 50 % (paino).

10. Patenttivaatimuksen 6 mukainen pikavalkaisu, tunnettu siitä, että työskennellään kuitusulpun sakeuden alueella 30 % (paino).

10 88627

11. Patenttivaatimuksen 6 mukainen pikavalkaisu, tunnettu siitä, että valkaisun kesto on alle 15 min ja siitä, että dispergointilaitteeseen (11) on kytketty puskuritankki (14) , jonka tilavuus vastaa tätä valkaisun kestoa ja joka on tuuletettu ilmaan (16).

12. Patenttivaatimuksen 6 mukainen pikavalkaisu, tunnettu siitä, että suuren kuitusulpun sakeuden vallitessa rikastuvien häiritsevien aineosien aiheuttamaa valkaisuaineen hajoamista voidaan vastustaa lisäämällä kompleksinmuodostajia. 12 8 8627