NO125540B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte for å kjøle vandige massesuspensjoner ved maling og raffinering.

Forsok, som er blitt utfort i såvel laboratorie- som fabrikk-skala, har vist, at maling av sterkt hemicellulose- og lignin-holdige masser i raffinorer av forskjellige typer, f.eks. skive-raffinorer, bor skje under 90°C, hvis malingsresultatet skal bli tilfredsstillende sett ut fra papirteknisk synspunkt. De masse-typer som da tilsiktes omfatter alle slag av halvkjemiske, kjemimekaniske og mekaniske av flisfremstilte masser, som frem-stilles i hoyt utbytte, 75 - 95%, og inneholder en vesentlig mengde lignin og hemicellulose.

Anvendes som utgangsmateriale ved malingen og raffineringen en granmasse, fremstilt med et utbytte på 94% ved oppslutning av flis impregnert med 1% sulfit , regnet som Na^ O og oppvarmet under trykk ved 175°C i damp i to minutter og derefter defibrert under herskende trykk og temperatur ifolge Asplund- eller De-fibratormetoden, finner man at maleforlopet blir helt forskjellig, hvis malingen skjer i temperaturområdet 20 - 100°C. eller om den skjer i temperaturområdet lOO - 150°C.

Ved maling av ovennevnte masse i 12%-ig massesuspensjon ved en middeltemperatur på ca. 60°C i raffinor av spesiell type sank massens "freeness" fra 720 til 295 CSF på 15 min. Utfortes derimot samme prosess ved en middeltemperatur på 125°C sank "freeness"-verdien på 15 minutter til 630 CSF. Ved temperaturer over 100°C har massen således meget vanskelig for å "ta raffinering". En mikroskopisk undersøkelse av den malte masse viser også tydelige forskjeller på kald- og varmraffinert masse. Den kaldraffinerte masse er bedre fibrillert og inneholder vesentlig mindre antall avslitte fibre.

Man har lenge visst at lignin i fuktig tilstand begynner å mykne allerede ved en temperatur omkring 100°C. Helt nylig er imidlertid også påvist, at hemicellulose mykner og at denne omdannelse begynner allerede ved en temperatur på 50 - 60°C. Med tanke på masser av her aktuell type befinner seg sannsynligvis hele den intercellulære substans (35 - 45% av fibermaterialet) i en plas-tisk tilstand ved temperaturer omkring eller straks over 100°C

og allerede ved 60°C har en del av den intercellulære substans begynt å omvandles til en amorf myk masse. Det er sannsynlig at denne plastiske tilstand kraftig vanskeliggjør fibrilieringen og forlenger malingstiden for oppnåelse av viss "freeness". Det er også konstatert at temperaturen ved maling og raffinering ikke må overstige 90°C. De beste resultater er oppnådd ved temperaturer som ikke overstiger 60 - 70°C.

Ved maling av en fibersuspensjon går den tilforte mekaniske energi praktisk talt helt og holdent over i varme med den folge at fibersuspensjonens temperatur stiger. I mange tilfelle kan denne stigning bli så hoy, at det temperaturområde oppnåes i hvilket raffinering av fibrene ikke lengre lar seg gjennomfore på en til-

fredsstillende måte.

Ved maling og raffinering av meget utspedde fibersuspensjoner, f.eks. 6% eller lavere, er kjoling vanligvis ikke nodvendig på grunn av massesuspensjonens store varmekapasitet, som hindrer en altfor stor temperaturstigning. Skulle for nærværende tilfelle kjoling bli aktuelt, kan man enkelt gjore dette på indirekte måte via varmeutvekslere, da nevnte suspensjoner har en relativt lav viskositet og er lette å pumpe.

Det forholder seg imidlertid slik at maling og raffinering av halvkjemiske masser respektive mekaniske flismasser bor skje ved hoy konsentrasjon , 10 - 30%. Malingsresultatet blir da best både hva angår massens papiregenskaper og energiforbruket for oppnåelse av viss "freeness". Temperaturstigningen kan da bli betydelig og kjoling bli nodvendig. På grunn av hoy viskositet og vanskeligheter med å pumpe massesuspensjonen av hoy konsentrasjon kan ikke indirekte kjoling anvendes men kostbare tekniske anordninger og andre måter må sokes.

Ifolge oppfinnelsen settes massesuspensjonen under et trykk som er lavere enn atmosfæretrykket for å tilveiebringe en avkokning av vann og dermed sammenhengende avkjoling ned til den temperatur, til hvilken massesuspensjonen skal kjoles eller ved hvilken den skal holdes kjolt.

Ved å velge et hensiktsmessig vakuum byr det ikke på vanskeligheter å innstille suspensjonens temperatur hvor som helst mellom 20 - 100°C. Den utviklede varme bortfores,som dampentalpi og en konstant temperatur, som er lik vannets kokepunkt ved det herskende trykk, kan opprettholdes på suspensjonen.

Hvorledes denne kjoling praktisk skal utformes, beror på typen av raffinorer, og om det anvendes periodisk eller kontinuerlig maling.

Når det gjelder masse av her aktuell type, skjer malingen oftest i skiveraffinbrer. For i et slikt tilfelle å holde temperaturen nede under malingen må ansettelsen av skivene avpasses slik at ikke mer energi tilfores^ enn at temperaturstigningen kan holdes innenfor tillatte grenser ved massens passasje mellom skivene. Skulle onsket "freeness" ikke oppnåes med en passasje, må massesuspensjonen kjoles og igjen sirkuleres eller transporteres videre til et andre maletrinn.

Kontinuerlig maling og raffinering av her aktuelle masser skjer vanligvis i to eller flere seriekoblede raffinorer.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere nedenfor under henvisning til på tegningene som eksempel viste utforelsesformer.

I fig. 1 vises mer eller mindre skjematisk et sideriss av et ifolge oppfinnelsen utfort anlegg.

I fig. 2 vises et sideriss av et anlegg ifolge en modifisert ut-forelsesform av oppfinnelsen.

I fig. 3 vises et snitt efter linjen III - III i fig. 2 i storre målestokk.

Utforelsesformen ifolge fig. 1 vedrorer 3-trinns raffinering med vakuumkjoling av de to siste trinn. Raffineringen er be-regnet på å skje i skiveraffindrer på en kjemimekanisk granmasse, som er blitt fremstilt på den måte som tidligere er beskrevet og med samme utbytte. Den defibrerte massens "freeness" er ca.

720 CSF og massen skal males og raffineres til en "freeness"-verdi på 150 CSF. Ved maling og raffinering til en "freeness" på 150 CSF medgår totalt 700 kWh pr. tonn masse, hvilket, opp-delt på de tre trinn, blir ca. 230 kWh pr. tonn masse pr. trinn.

I fig. 1 betegner 10 en syklon, i hvilken den kokte og i en de-fibrator malte masse innfores ggennom en ledning 12. Massen kan da utsluses fra defibratoren i hvilken hersker overtrykk idet medfolgende damp og ukondenserbare gasser avgår gjennom en ledning 14 fra syklonen 10. Massen antas å ha en torrgehalt på

ca. 17 % og en temperatur på 100°C efter at den har forlatt de-

fibratoren. Kjolevann av f.eks. 20°C tilfores samtidig syklonen 10 gjennom en ledning 16 i slik mengde, at en massékonsentra-sjon i den under syklonen stående binge 18 av ca. 10 % fåes. Suspensjonen får en temperatur på ca. 40°C. I bingen kan være anbragt en av en motor 20, drevet omrorer 22.

Hvis det er nodvendig helt eller delvis å fjerne kokokjemikaliene for raffineringen, gjores dette fortrinnsvis ved at massen vaskes i binger, på filter eller med presser mellom syklonen IO og bingen 18.

Massesuspensjonen fores nu gjennom en ledning 24, i hvilken kan være anordnet en pumpe 26 til en fbrste raffinor 28 , drevet av en motor 30. I raffinoren skjer en maling ved en temperatur,

som ikke får overstige 60°C. Da den vesentlige del av den av motoren 30 tilforte energi overgår i varme, blir altså temperaturstigningen 20°C. Dette innebærer, at suspensjonen må kjoles for eller under neste malingstrinn. I samtlige raffinorer kan herske et trykk på f.eks. 1-3 kg/cm . Raffinorene kan være av den type som fremgår av norsk patent nr. 104.082.

I avløpsledningen 32 fra raffinorene 28 hersker som nevnt en temperatur på 60°C. En kjoling etableres nu ifolge oppfinnelsen

i en avkoker 34, i hvilken hersker et undertrykk, ved utfbrelses-eksemplet et absolutt trykk av 55 mm hg, som svarer til et kokepunkt for vannet på 40°C. I ledningen 32 er fortrinnsvis anbragt en strupe- eller trykkreduseringsventil 36 og videre kan ledningen 32 ha en hoyde, som bidrar til å holde et hoyere

trykk i raffinoren 28 enn i avkokeren. Suspensjonen innfores tangensielt i avkokeren 34.

I avkokeren 34 fordamper så meget vann, at temperaturen av suspensjonen synker til 4d°C. Den frembragte damp avgår gjennom en ledning 38 til en kondensator 40, som tilfores kjolevann gjennom en ledning 42. Kondensatoren 40 står ved en ledning 44 i forbindelse med en vakuumpumpe 46. Kondensatet avgår fra kondensatoren 40 gjennom en ledning 48, som med sin nedre ende befinner seg under væskenivået i en åpen beholder 50 og som har en lengde, som gir et hydrostatisk trykk som overveier undertrykket i kondensatoren 40.

Den i avkokeren 34 kjolte suspensjon mates gjennom en ledning

52 og en pumpe 5 3 inn i den andre raffinoren 54, som drives av en motor 56. Her skjer fornyet maling, under temperaturstigning, slik at massesuspensjonen i avløpsledningen 58 på ny oppvarmes til 60°C. Gjennom en ledning.60, i hvilken er anbragt en strupeventil 62, kan en del av den malte masse gå tilbake til avkokeren og derefter til raffinoren 54.

Ledningen 58 er over en strupeventil 64 koblet til en andre avkoker 66, i hvilken hersker undertrykk på samme måte som i avkokeren 34, slik at massesuspensjonen nedkjoles til 40°C ved fordampning av vann. De dannede damper avgår gjennom en led-

ning 68 til en kondensator 70, som gjennom en ledning 72 står i forbindelse med vakuumpumpen 46 og gjennom ledningen 42 tilfores kjolevann. Kondensat avgår fra kondensatoren 70 gjennom en ledning 74, i hvilken befinner seg en væskesoyle, som er i stand til å overvinne undertrykket i kondensatoren. Ledningen 74 er fort ned under væskenivået i en beholder 76 på samme måte, som ledningen 48.

Fra avkokeren 66 er en ledning 78, i hvilken kan være anbragt

en pumpe 79, fort frem til den tredje raffinor 80, som drives av en motor 82. Her skjer således ennu en maling av massen, som derpå avgår gjennom en ledning 84, i hvilken er anbragt en ventil 86 for neste behandlingstrinn, hvilket ikke berores av oppfinnelsen. Temperaturen er også denne gang 60°C. En del av fibermassen kan tilbakeføres gjennom en ledning 88 med strupeventil 89 til avkokeren 66.

For å unngå koking i raffinorene mellom maleorganene er det hensiktsmessig å utnytte deres pumpeeffekt og slik som av oven-

st nde fremgår , å heve trykket i malehuset enten ved struping av utldpsledningen og/eller ved å plassere avkokeren på slikt nivå

at et hensiktsmessig hydrostatisk mottrykk fåes.

Utfores raffinering med tilbakesirkulasjon av kjolt raffinat, kan man kjore kjore med noe hbyere trykk og tilsvarende hoyere. temperatur på den inngående massesuspensjon uten at temperaturen under maleprosessen vil overstige det tillatte. Den gjennom-løpende mengde pr. raffinbr blir stbrre og suspensjonen -evner å oppta mer varme pr. grads temperaturhevelse enn i det tilfelle ingen tilbakesirkulasjon skjer.

Er raffinoren utformet på en spesiell måte, kan det også være mulig å sette den direkte under vakuum og å avlede den dannede damp alt eftersom den dannes og på slik måte å gjennomfbre malingen ved konstant temperatur.

Fig. 2 og .3 viser skjematisk en slik utfbrelse. En raffinbr 90

er forsynt med en horisontal, stasjonær sylinder 91, i hvilken et maleorgan 92 er roterbart anbragt. Dette er utfort med en sentral firkantet kasseformet bjelke 93, som i endene er forbundet med akseltapper 94, 96.. Aksel-tappen 94 er koblet til en drivmotor 98. Maleorganet 92 har videre fire vinger lOO, som ved organets rotasjon knar materialet mot sylinderens 91 indre vegg, som f.eks. er riflet for å oke friksjonen. Maleorganets bjelke-formede parti har perforeringer 102 og akseltappen 96 er ut-borret og ved en boksanordning 104 og en stasjonær rorledning 106 forbundet med en innsprbytningskondensor 108.. Denne tilfores kjolevann gjennom en ledning 110 og holdes under undertrykk ved hjelp av en vakuumpumpe 112.

Ved raffinbrens 90 funksjon settes syl-inderen under vakuum, som svarer f.eks. til et kokepunkt for vannet på 55°C. Herefter inn-mates en relativt konsentrert (10-20%) massesuspensjon i sylinderen fra en beholder 114 gjennom en ledning 116, i hvilken er anordnet en sluse- eller, strupeventil 118. Den malte masse utmates gjennom en ledning 120. Under sin passasje gjennom sylinderen males massen av maleorganet 92, idet den utviklede varme overfores til damp, som kontinuerlig bortfbres gjennom den hule tapp 96 til kondensatoren 108. Varmen avgår i dampentalpi og konstant temperatur vil herske i suspensjonen.

Den malte masse transporteres gjennom ledningen 120 til en behol der 122 og bortgår for fortsatt bearbeidelse resp. behandling gjennom en ledning 124, i hvilken er anbragt en pumpe 126 og en ventil 128. Fra kondensoren 108 utgår en ledning 130 til beholderen 122 for opprettholdelse av det tilsiktede undertrykk i denne. Gjennom en ledning 132 , i hvilken er anbragt en ventil 134, kan massesuspensjonen på ny pumpes rundt gjennom pumpen 126 inntil den onskede malingsgrad er oppnådd.

En ledning 136 går fra kondensoren 108 ned i en avlopsbeholder 138, idet ledningen har en lengde, som er storre enn hva som svarer til undertrykket i kondensoren.

Da massekonsentrasjonen stiger under malingen ved fordampning, må vann hele tiden tilfores, hvis konsentrasjonen skal kon-stantholdes under malingen.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for kontinuerlig å kjole vandige massesuspensjoner og holde temperaturen konstant ved vilkårlig nivå eller innenfor vilkårlige grenser i temperaturområdet 20 - 90°C ved maling i raffinorer, karakterisert ved at massesuspensjonen settés under et trykk som er lavere enn atmosfæretrykket for å tilveiebringe en avkokning av vann og dermed sammenhengende avkjoling ned til den temperatur, til hvilken massesuspensjonen skal kjoles eller ved hvilken den skal holdes kjolt.

2. Fremgangsmåte som angitt i påstand 1, karakterisert ved at en viss mengde kjolt raffinat tilbakesir-kuleres til raffinoren.

3. Fremgangsmåte som angitt i påstand 1, karakterisert ved at massesuspensjonen males kontinuerlig i to eller flere trinn av i serie koblede raffinorer og at kjoling av raffinat skjer mellom de forskjellige trinn,,