FI89610C - Foerfarande foer framstaellning av mekanisk raffinoermassa fraon cellulosahaltigt raomaterial - Google Patents

Description

8 9 61 O

MENETELMÄ MEKAANISEN HIERTEEN VALMISTAMISEKSI SELLU-LOOSAPITOISESTA RAAKA-AINEESTA

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 5 johdanto-osassa määritelty menetelmä mekaanisen hierteen valmistamiseksi selluloosapintaisesta raaka-aineesta .

Entuudestaan tunnetaan runsaasti erilaisia menetelmiä mekaanisen hierteen valmistamiseksi, jolloin 10 esikäsitelty tai esikäsittelemätön puuhake jauhetaan levy- ja/tai kartiojauhimessa yksi- tai monivaiheises-ti. Monivaiheisessa jauhatuksessa voidaan eri vaiheissa käyttää erilaisia jauhinteriä, erilaisia lämpötiloja ja massan sakeuksia. Yleensä käytetään vakiokierrosnopeuk-15 sisia sähkökäyttöisiä jauhimia, joiden kierrosnopeus riippuu käytettävän sähköverkon taajuudesta; Euroopassa käytetään yleisesti kierrosnopeutta 1500 rpm ja Poh-jois-Amerikassa kierrosnopeutta 1800 rpm.

On osoitettu, että massajauhimen kierrosnopeu-20 den nostaminen alentaa energiankulutusta (The Role of Rate of Rotation and Frequency in Refiner Mechanical Pulping, by J. SUNDHOLM, A. HEIKKURINEN and B. MANNSTRÖM .... Paperi ja Puu 70(1988): 5, 446 - 451). Ongelmana on tällöin se, että kierrosnopeuden nosto alen-25 taa jossain määrin massan laatua, etenkin repäisylu-juutta.

Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä mainittu epäkohta.

Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda 30 esiin menetelmä, jolla aikaansaadaan yhtä hyvä laatu ja jauhatusaste kuin tavanomaisilla hierteen valmistusmenetelmillä, mutta selvästi alemmalla energiankulutuksella.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnus-35 omaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksessa 1.

Keksintö perustuu siihen perusajatukseen, että selluloosapitoinen raaka-aine, kuten puuhake, jauhetaan 2 8961 0 peräkkäisissä vaiheissa monivaiheisesti. Ensimmäisessä jauhatusvaiheessa raaka-aine jauhetaan korkeammalla kierrosluvulla ja toisessa jauhatusvaiheessa raaka-aine jauhetaan alemmalla kierrosluvulla kuin ensimmäisessä 5 jauhatusvaiheessa. Ensimmäisessä jauhatusvaiheessa jauhimen kierrosnopeus säädetään edullisesti suureksi korkean jauhatusintensiteetin aikaansaamiseksi; toisessa jauhatusvaiheessa jauhimen kierrosnopeus säädetään pienemmäksi alemman jauhatusintensiteetin aikaan-10 saamiseksi.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa ensimmäisessä jauhatusvaiheessa jauhimen kierrosnopeus on suurempi kuin 1500 rpm, edullisesti 1800 - 2400 rpm, ja toisessa jauhatusvaiheessa jauhimen kierrosnopeus on 15 pienempi tai yhtäsuuri kuin 1500 rpm, edullisesti 1000 - 1500 rpm.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa ensimmäisessä jauhatusvaiheessa raaka-aineen lämpötila säädetään korkeaksi sen pehmentämiseksi. Toisessa jauhatus-20 vaiheessa raaka-aineen lämpötilaa lasketaan raaka-aineen jauhamiseksi kovemmassa tilassa kuin ensimmäisessä jauhatusvaiheessa. Ensimmäisessä jauhatusvaiheessa jauhimessa olevan höyryn lämpötila on yli 145 °C, edullisesti 150 - 170 °C. Toisessa jauhatusvaiheessa höyryn 25 lämpötila on alle 140°C, edullisesti 100 - 135 °C.

Jauhatus voidaan toteuttaa myös useammassa kuin kahdessa jauhatusvaiheessa. Tällöin toisen vaiheen höyryn lämpötila on alle 140 °C, edullisesti 100 - 135 °C, edullisimmin 120 - 135 °C. Toista jauhatusvaihetta 30 seuraavassa jauhatusvaiheessa höyryn lämpötila on esim. 100 - 120 °C.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa ensimmäisen jauhatusvaiheen jauhatustulos, freeness 200 - 700 ml, edullisesti 300 - 500 ml, fraktioidaan karkeaan frakti-35 oon ja hienoon fraktioon. Karkea fraktio jauhetaan edullisesti suuremmalla intensiteetillä kuin hieno fraktio siten, että hienon fraktion jauhatustuloksen

S 9 61 O

3 freeness on korkeampi kuin karkean fraktion jauhatustu-loksen freeness.

Massan fraktiointi monivaiheisesti on sinänsä tunnettua. Fraktioinnin tuloksena saadut karkeat ja 5 hienot fraktiot on tavallisesti jauhettu samalla pyörimisnopeudella ja yleensä siten, että fraktiot on jauhettu samaan jauhatusasteeseen tai siten, että karkeamman fraktion freeness on jätetty korkeammaksi. Tällöin saavutetut edut jauhatusasteessa tai energiankulutuk-10 sessa ovat olleet pienet tai olemattomat. Kun keksinnön mukaisen menetelmän eräässä sovellutuksessa karkea fraktio jauhetaan eri tavalla ja pidemmälle, ts. suuremmalla kierrosluvulla kuin hieno fraktio, voidaan lopullisen massan jauhatusasteeksi saada sama kuin 15 tunnetuilla fraktiointi/jauhatusmenetelmillä, mutta energiankulutus on pienempi. Näin voidaan saavuttaa 15 - 25 % pienempi energiankulutus kuin tavanomaisilla menetelmillä.

Keksinnön eräässä sovellutuksessa menetelmällä 20 valmistetaan hienoa aikakausilehtipaperimassaa. Karkea fraktio jauhetaan, ja haluttaessa lajitellaan, jauhatusasteeseen freeness 20 - 60 ml, edullisesti 30 - 40 ml, ja hieno fraktio jauhetaan, ja haluttaessa lajitellaan, jauhatusasteeseen freeness 65 - 120 ml, edulli-25 sesti 70 - 90 ml.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa jauhatus-vaiheiden kierroslukua säädetään käyttäen eri kartiok-kuuden omaavia jauhinteriä. Korkea jauhatuskierrosluku saavutetaan levyjauhimella (kartiokulma 90°) tai suu-30 ren kartiokulman omaavalla kartiojauhimella. Alhaisempi jauhatuskierrosluku saavutetaan pienemmän kartiokulman omaavalla kartiojauhimella.

Menetelmän eräässä sovellutuksessa ensimmäistä jauhatusvaihetta lukuunottamatta muissa jauhatusvai-35 heissä käytetään kartiojauhinta.

Keksinnön etuna on se, että menetelmällä voidaan aikaansaada yhtä hyvä massan laatu ja jauhatusaste 8 9 610 4 kuin tavanomaisilla hierteen valmistusmenetelmillä, mutta selvästi, esim 10 - 20 %, pienemmällä energiankulutuksella.

Edelleen keksinnön etuna on se, että suoritet-5 taessa jauhatuksen välillä fraktiointi ja jauhettaessa karkea fraktio korkeammalla kierrosluvulla ja pidemmälle kuin hieno fraktio, voidaan sähkönkulutus saada kokonaisuudessaan 15 - 25 % pienemmäksi.

Seuraavassa keksintöä selostetaan kahden esi-10 merkin avulla.

ESIMERKKI 1

Eräässä tutkimuksessa keksinnön mukaista monivaiheista hierteen valmistusmenetelmää verrattiin ta-15 vanomaiseen useampivaiheiseen kuumahiertoon (1500 r/min, 130 °C) . Jauhatukset suoritettiin DDC 24-jauhi-mella, maksimiteho 500 kw.

Keksinnön mukaisessa menetelmässä oli ensimmäinen jauhatusvaihe, jossa raaka-aine jauhettiin suu-20 rella kierrosnopeudella (2000 r/min), ja normaalia korkeammassa lämpötilassa (155 °C). Ensimmäistä jauha-tusvaihetta seuraavissa jauhatusvaiheissa käytettiin normaalia kierrosnopeutta (1500 r/min) ja alempia kier-rosnopeuksia (1200 r/min) sekä normaalia alempia lämpö-25 tiloja (100 - 125 °C).

Tulokset on esitetty taulukossa 1.

i o 9 610 5

Taulukko 1: Keksinnön mukaisen menetelmän antama mas san laatu verrattuna konventionaaliseen kuumahiertoon (referenssi-TMP) DDC 24-jau-himella.

5

Referenssi Keksinnön TMP mukainen menetelmä

Energiankulutus [MWh/t] 2,3 1,9 10 Freeness [ml] 146 130

Minitikut [%] 2,8 2,4

Vetoindeksi [Nm/g] 31 30

Repäisyindeksi [mNmVg] 6,4 6,3

Valonsirontakerroin [m2/kg] 53 53 15

Taulukosta 1 nähdään, että energiankulutus keksinnön mukaisella menetelmällä oli n. 17 % pienempi ja massan laatu oli olennaisesti yhtä hyvä kuin tavanomaisella kuumahiertomenetelmällä.

20 ESIMERKKI 2

Eräässä toisessa samalla laitteistolla suoritetussa tutkimuksessa hierrettä valmistettiin käyttäen keksinnön mukaista monivaiheista jauhatusta, frakti-25 ointia ja fraktioiden erillisjauhatusta siten, että karkampi fraktio jauhettiin suuremmalla kierrosluvulla kuin hienompi fraktio. Tämä ja tavanomaista kuumahier-toa koskeva vertailukoe suoritettiin eri raaka-aineella kuin esimerkissä 1, joten energiankulutus/freeness-30 suhde on erilainen.

Tässä tutkimuksessa ensimmäisen jauhatusvai-heen jälkeisen massan freeness oli 660 ml. Tätä massaa fraktioitiin karkeaan jakeeseen (freeness 728 ml) ja hienoon jakeeseen (freeness 344 ml). Karkeampi jae jau-35 hettiin kierrosluvulla 2000 r/min, freeness 60 ml ja

, B 9 61 O

Ο hienompi fraktio kierrosluvulla 1000 r/min, freeness 120 ml).

Tulokset on esitetty taulukossa 2.

5 Taulukko 2: Keksinnön mukaisen menetelmän, johon kuu luu fraktiointi ja fraktioiden erillis-jauhatus, antama massan laatu verrattuna tavanomaiseen entuudestaan tunnettuun kuu-mahiertoon (referenssi-TMP), interpoloidut 10 tulokset

Referenssi Keksinnön TMP mukainen menetelmä 15 Energiankulutus [MWh/t] 2,41 2,04

Freeness [ml] 90 90

Vetoindeksi [Nm/g] 39 40

Repäisyindeksi [mNm2/g] 6,0 5,9

Valonsirontakerroin [m2/kg] 56 55 20

Taulukosta 2 nähdään, että energiankulutus keksinnön mukaisella menetelmällä oli n. 15 % pienempi ja massan laatu olennaisesti yhtä hyvä kuin tavanomaisella kuuma-25 hiertomenetelmällä.

Keksintöä ei rajata pelkästään edellä esitettyjä sovellutusesimerkkejä koskevaksi, vaan monet muunnokset ovat mahdollisia pysyttäessä patenttivaatimusten määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteis-30 sa.

Claims (11)

8961 0

1. Menetelmä mekaanisen hierteen valmistamiseksi selluloosapitoisesta raaka-aineesta, kuten puu- 5 hakkeesta, jossa menetelmässä raaka-aine jauhetaan ainakin kahdessa peräkkäisissä vaiheessa, tunnet-t u siitä, että ensimmäisessä jauhatusvaiheessa raaka-aine jauhetaan korkeammalla kierrosluvulla ja korkeammassa lämpötilassa ja toisessa jauhatusvaiheessa raaka- 10 aine jauhetaan alemmalla kierrosluvulla ja alemmassa lämpötilassa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisessä jauhatusvaiheessa jauhimen kierrosnopeus on suurempi kuin 1500 15 rpm, edullisesti 1800 - 2400 rpm.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toisessa jauhatusvaiheessa jauhimen kierrosnopeus on pienempi tai yhtäsuuri kuin 1500 rpm, edullisesti 1000 - 1500 rpm.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen mentelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisen jauhatusvaiheen höyryn lämpötila on yli 145 °C, edullisesti 150 - 170 °C.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen 25 menetelmä, tunnettu siitä, että toisen jauhatusvaiheen höyryn lämpötila on alle 140°C, edullisesti 100 - 135°.

6. Jonkin patenttivaatimuksista 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toisen jauha- 30 tusvaiheen höyryn lämpötila on 120 - 135 °C.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toista jauhatus vaihetta seuraa ainakin yksi seuraava jauhatusvaihe, jonka höyryn lämpötila on edullisesti 100 - 120 °C.

8. Jonkin patenttivaatimuksista 1-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäisestä jauhatusvaiheesta saatava massa, jonka freeness on 200

0 B 9 61 G - 700 ml, edullisesti 300 - 500 ml, fraktioidaan karkeaan fraktioon ja hienoon fraktioon ja karkea fraktio jauhetaan suuremmalla intensiteetillä kuin hienompi fraktio siten, että jauhetun hienon fraktion freeness 5 on korkeampi kuin jauhetun karkean fraktion freeness.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmällä valmistetaan hienoa aikakausilehtipaperimassaa; ja että karkea fraktio jauhetaan jauhatusasteeseen freeness 20 10 - 60 ml, edullisesti 30 - 40 ml, ja hieno fraktio jau hetaan jauhatusasteeseen freeness 65 - 120 ml, edullisesti 70 - 90 ml.

10. Jonkin patenttivaatimuksista 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jälkimmäi- 15 nen jauhatusvaihe toteutetaan käyttäen kartiojauhinta, jonka jauhinterien kartiokulma on alhaisempi kuin edellisessä vaiheessa käytetyn jauhimen kartiokulma.

11. Jonkin patenttivaatimuksista 1-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäis- 20 tä jauhatusvaihetta lukuunottamatta jauhatusvaiheissa käytetään kartiojauhinta. i

9 H 9 6 1 0