NO137831B - Fremgangsm}te ved fremstilling av mekanisk fibermasse - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte av den art som er angitt

i krav l's ingress.

Med uttrykket "flis" i det etterfølgende forstås alle typer av stykkeformig fibrøst materiale, som inneholder lignocellulose-bestandcleler.

Det har vist seg at det vanskeligste trinn for å oppnå et tilfredsstillende sluttprodukt ved fremstilling av mekanisk fibermasse ved defibrering og raffinering i f.eks. skivedefibratorer resp. raffinører er defibreringstrinnet. For å lette defibreringen og hindre en omfattende beskadigelse av fibrene ved defibreringen pleier flisen vanligvis å være oppmyket ved varmtvann- og/ eller dampbehandling.

Det har i lang tid vært kjent fra den såkalte Asplunds Defibra-tormetode å defibreré flis i skivedefibratorer under damptrykk ved temperaturer over 100°C, f.eks. i témperaturområdet 140 - 180°C. Under nevnte forhold blir kraftforbruket moderat, og fibrene blir meget lite skadet.

Til tross for nevnte fordeler har Asplund-prosessen hittil ikke blitt anvendt med fordel for fremstilling av mekanisk masse av tilfredsstillende kvalitet for papirfremstilling. Den største ulempe ved defibrering og raffinering av flis under trykk og høy temperatur består i nedbrytning og misfarvning av fibermateri-

alet p.g.a. hydrolyse og lokal overoppvarmning av flisen. En kort oppvarmningstid reduserer denne ulempe, men selv om oppvarmningstiden velges så kort, at flisen når defibreringstempe-ratur like før den innføres mellom maleskivene, blir massens farve utilfredsstillende for fremstilling av resp. innblanding

i avispapirmasse.

Det er kjent flere fremgangsmåter for fremstilling av fibermasse fra flis, eksempelvis fra norsk patent nr. 111.494 foretas en defibrering ved en konsentrasjon på 25 - 40% ved en temperatur overstigende 100 C, mens den etterfølgende raffinering skjer ved lavere temperatur og konsentrasjon.

I'norsk patent nr. 120.396 er det bl.a. angitt at oppvarmnings-og defibreringstiden ved en temperatur i området 140 - 180°C ikke bør overstige 5 min. og fortrinnsvis ikke over 2 min.. Imidlertid forutsettes det i henhold til de nevnte patenter, at behandlingen skjer i nærvær' av kjemikalier, hvilket ikke anvendes i henhold til foreliggende fremgangsmåte. På det tidspunkt da de ovenfornevnte patentskrifter ble innlevert var det den alminnelige oppfatning at temperaturen vesentlig måtte overstige 140°C og ge-nerelt ble det arbeidet ved en temperatur som oversteg 150°C.

Foreliggende oppfinnelse omfatter en kombinasjon av i og for seg kjente trekk og er særpreget ved det som er angitt i krav l's karakteriserende del.

Undersøkelser foretatt i forbindelse med oppfinnelsen har imidlertid vist at defibreringen, om den utføres under tilstedeværelse av en tilfredsstillende mengde vann som tilføres defibratoren før flisen går inn mellom maleskivene, kan foregå uten lokal overoppvarmning av flisen og massens pH økes, hvilket forbedrer lysheten og øker utbyttet. Tilsetning av vann i forbindelse med en begrenset maksimumstemperatur er to fundamentale faktorer for å oppnå høy lyshet og stort utbytte ved defibrering av flis under damptrykk. Det er viktig at vannet først tilføres i defibratoren, spesielt i de tilfeller da innmatning av flisen i defibratoren skjer med en skrue og flisen må komprimeres til en plugg for at effektiv tetning mot damptrykket skal tilveiebringes, hvilket forutsetter at fritt vann omkring flisbitene ikke bør forekomme jfr. f.eks. svensk patent nr. 219.315. Skjer innmatningen med sluse, kan naturligvis vannet tilføres samtidig med flisen,

men skrueinnmateren er en billig teknisk løsning og dessuten fås en viss oppløsning av flisens fiberforbindelse.

Som eksempel kan nevnes at ved defibrering av granflis ved en temperatur på 170°C under tilstedeværelse av varierende mengder vann, øket utbytte, pH og lyshet med stigende mengde vann som det fremgår av den etterfølgende tabell:

Disse G.E.-verdier er naturligvis i og for seg ikke godtagbare.

Ved defibrering av samme flis ved 140°C uten og med tilsetning av vann, som ga en massekonsentrasjon på 25 og 47,5 %, øket pH med utspedningen fra 4,7 til 5,25 og lysheten fra 47 til 51% G.E.

I et annet forsøk ved samme temperatur og en oppvarmnings- og defibreringstid på 113 sek. ble så meget vann tilført, at en massekonsentrasjon på 28% ble oppnådd. Massens pH ble målt til 5,75 og lysheten til 63,8 % G.E.. For å oppnå kortest mulig oppvarmningstid ble vannet tilført med en temperatur på nær ved 100°C.

Hvis flisen er tørr, er det nødvendig før defibreringen nesten fullstendig å mette denne med vann, enten ved bløtlegning i vann, som fortrinnsvis bør være varmt, eller ennå bedre ved først å behandle flisen med damp ved atmosfæretrykk for å fjerne luften i flisen og gjøre den myk, og deretter avvanne flisen ved å sammenpresse den i en presse og tvinge det komprimerte materiale inn i vannet, i hvilket det får ekspandere og på ny suge opp vann. Kompresjonen av materialet og dets ekspansjon i vann kan gjøres i to eller tre etter hverandre følgende trinn, som i visse tilfeller har vist seg å være av verdi for å oppnå høy lyshet. Ved presningen av flisen fjernes farvende og sure bestanddeler.

Etter metningen med vann dreneres flisen fra overskudd av fritt vann og mates til defibratoren. Dampning av flisen ved atmosfærisk trykk bør ikke utføres i for lang tid og må ikke overstige 10 min.. Jo kortere tid jo bedre bevares fibrenes lyshet under defibreringen.

Tilsetning av overflateaktive midler - både ikke-ioniske, f.eks. alkyl-aryl-polyglykoletere og anioniske, f.eks. alkyl-aryl-sulfo-nat - til det vann som oppsuges av flisen eller tilføres defibratoren, har vist seg å opprettholde fibrenes opprinnelige lyshet og til og med kunnet øke lysheten noen prosent. De overflateaktive midler fjerner ved emulgering partielt visse substanser fra fibrene, slik som harpikssyrer, høyere terpener og fargende stoffer. I det eksperimentelle arbeide har de anvendte mengder overflateaktive midler variert mellom 0,08 og 0,5 %, regnet på tørr flis. F.eks. ved anvendelse av et ikke-ionisk fuktnings-middel av alkyl-aryl-polyglykoleter-karakter har en tilsetning på mindre enn 0,1 % vist seg å være tilstrekkelig i mange tilfeller.

Ved forsøk med flis av furu, ble defibreringen gjennomført

ved en temperatur på 140°C i nærvær av damp og luft. Det totale trykk beløp seg til 7,6 atm. hvorav luftens partialtrykk utgjorde 4 atm.. Oppvarmnings- og defibreringstiden var 120 sek., og så meget vann ble tilført at massens konsentrasjon etter defibreringen beløp seg til 28,6 %. Et ikke-ionisk overflateaktivt middel var tilsatt vannet, som ble tilført defibratoren. Massens lyshet beløp seg til 63,5 % G.E., hvilket er helt tilfredsstillende for massens anvendelse for fremstilling av avis-papir. Sannsynligvis virker terpener og harpiks som oksygeneksis-terende middel og danner peroksyder, som har en blekende effekt på fibrene. En mindre økning av lysheten er også blitt oppnådd ved et lignende forsøk på granved.

En faktor av stor betydning for oppnåelse av en god lyshet og akseptabel mekanisk styrke av massen er tiden, i hvilken flisen utsettes for den høyere temperatur. For sikkert å kunne beholde en høy lyshet er det nødvendig å arbeide i temperaturområdet 100 - 140°C, fortrinnsvis 110 - 140°C. Oppvarmningstiden, i hvilken også defibreringen finner sted, må ikke overstige 10 min. og vanligvis ikke 5-6 min.. For å være sikker på et godt resultat bør man holde oppvarmningstiden så kort som det teknisk

er mulig. Oppvarmningstiden er da beregnet fra det øyeblikk,

da flisen har nådd den forutbestemte endelige temperatur. For å hindre flisen i unødig lang kontakt med damp av høy temperatur bør den oppnådde masse utblåses til atmosfærisk trykk, så snart materialet har passert gjennom maleskivene eller i visse tilfeller utblåses til subatmosfærisk trykk for å oppnå en hurtig og ved øket fordampning sterkere avkjølning av massen. Videre skal defibreringen skje uten tilsetning av midler som påvirker massen kjemisk, men i nærvær av så meget vann at massens konsistens når den iføres ut av defibreringssonen ligger mellom 40 og 15%.

Det har også vist seg å være viktig at den etterfølgende raffinering av den defibrerte masse skjer under regulerte temperaturforhold for at maksimal styrke av massen skal oppnås. Den defibrerte masse fra defibratoren har vanligvis en temperatur på

ca. 100°C, men må sluttraffineres ved en temperatur som ligger under 100°C, hvis masse for papirfremstilling skal fremstilles. Avhengig av de egenskaper for massen, som ønskes, kan raffineringen utføres i ett eller flere trinn ved høy eller lav konsentrasjon eller en kombinasjon av disse. Vanligvis utføres raffineringen i flere trinn for at den raffinerte masse skal bli så fri som mulig for splinter. Det første trinn eller trinnene utføres ved en temperatur som ligger under 100°C, f.eks. 70 -

90°C, og det endelige raffineringstrinn eller -trinnene ved lav temperatur - 40 - 70°C.

Raffinering ved høy konsentrasjon, 15 - 40%, og høy tempratur, sammenlignet med raffinering ved lav temperatur og høy konsentrasjon, gir en masse med høyere rivstyrke, men med lavere spreng-styrke og slitelengde.. Ved høy temperatur er effekten av raf fla-neringen ikke så sterk og det er vanskeligere å oppnå ønsket malegrad.

Ved fremstilling av masse av avispapirkvalitet er det vanligvis nødvendig å raffinere i minst to trinn og fortrinnsvis ved forskjellige temperaturer. I det første trinn, i hvilket den inngående masse ennå inneholder fiberbunter og splinter, er det nødvendig å arbeide ved høy temperatur som dog ikke overstiger 100°C, fortrinnsvis ved 70 - 90°C, og i det andre trinn, i hvilket den inngående masse delvis er raffinert og nesten fri for fiberbunter, er det hensiktsmessig å raffinere ved lav temperatur,

40 - 70°, vanligvis 50 - 60°C. I det første raffineringstrinn

er raffineringseffekten lav og følgelig blir fibrene meget lite fibrillert. De individuelle fibere er blitt frie og massen har oppnådd en høy rivstyrke. I det andre trinn økes raffinerings-ef fekten og de papirdannende egenskaper økes, imidlertid med en viss reduksjon av den høye rivstyrke, som ble oppnådd i det første trinn.

For å gjennomføre raffineringen kan mange forskjellige typer av masseraffinører anvendes, men det beste resultat oppnås med såkalte skiveraffinører. For det tilfellet at prosessen skal ut-føres under vakuum, må maleorganene innbygges vakuumtett og for-holdsregler tas for å trekke bort og avkjøle utviklet damp og for å tilføre og utsluse masse mot vakuum, uten at luft kommer inn i systemet.

Som eksempel på hvorledes en installasjon kan utformes for å gjen-nomføre prosessen henvises til prosesskjemaet på tegningen.

Flis mates kontinuerlig til en basningsbeholder 2 fra en tran-sportør 1, og samtidig tilføres basningsbeholderen damp gjennom en ledning 3. Den dampbehandlede flis ledes fra basningsbeholderen til en skruepresse 4. Her avpresses delvis det vann som er oppsuget av flisen, og ledes bort gjennom en ledning 5. Den komprimerte flis innmates under vann i et basseng 6, hvorved den ekspanderer og suger opp vann. Dette, som er bortimot 100° varmt, tilføres bassenget fra en ledning 7. Vannmettet flis og noe fritt vann avgår fra bassenget og tilføres en skruepresse 8, hvor flisen på ny komprimeres og befris for vann, som avgår gjennom en ledning 9. Den komprimerte flis får på nytt suge opp

vann i et basseng 10. Den med vann mettede flis' ledes til en skruemater 11, hvor overskudd av vann avpresses og avgår gjen-

nom en ledning 13, mens flisen komprimeres til en plugg som tetter mot damptrykket i en forvarmer 12. I forvarmeren 12 opp-varmes flisen med damp med en temperatur på 100 - 140°C, som til-førés fra en ledning 18 og samtidig tilføres overhetet vann fra en ledning 20. så at konsistensen blir 15 40% og temperaturen mellom 100°C og 140°C . Den dampoppvarmede flis mates med en skrue inn mellom de roterende maleorgan i en defibrator 14 og defibreres under herskende trykk- og temperaturforhold, hvoretter den oppnådde masse umiddelbart avblåses gjennom en ledning 15 til en

cyklon 16. Damp som avgår fra denne, avkjøles i en kondensator 17, og dannet kondensat tilbakeføres til cyklonen. Massen som holder 100° ledes heretter til en raffinør 22 og raffineres der ved atmosfærisk trykk og en tempratur under 100 °C. Damp utviklet ved raffineringen av massen blåses til en cyklon 23. Damp som avgår fra denne avkjøles partielt i en kondensator 24 og dannet kondensat tilbakeføres til cyklonen,. samt en viss mengde opp-varmet kjølevann gjennom ledninger 27 og 28. Resterende kjøle-vann avgår til en varmtvannstank 40 gjennom en ledning 29. Fra cyklonen 2 3 mates massen ved hjelp av en vannavkjølt transport-skrue 30 via en sluse 31 til en raffinør 32. Denne, utløpsstuss er forbundet med en helt lukket massebinge 33. Så vel raffinø-ren som massebingen holdes under et vakuum tilsvarende et kokepunkt på vannet av 60°C, hvilket skjer ved hjelp av en vaku-umpumpe 38. Damp som avgår fra raffinøren, ledes via ledninger 34, 35 og 36 til en strålekondensator 37, i hvilken dampen ut-kondenseres, slik at vakuumpumpen stort sett trekker bort ukon-denserbare gasser. Koldt vann for avkjølning av kondensatoren 37 og kjøleren 24 tilføres gjennom ledningene 25, 27 og 26. Det varme vann fra strålekondensatoren avgår til varmtvannstanken 40. Vannet i denne anvendes dels for utspedning av masse i massebingen 33 via en ledning 41 , dels som kjølemedium i kjøleren 17 via en ledning 42 og en pumpe 43. Kjølevannet som holder nær 100°, fra kjøleren 17 anvendes dels som tilsetningsvann i forvarmeren 12 ved hjelp av pumpen 19 og ledningen 20, dels som ferskvann i tankene 6 og 10. Den i massebingen 33 utspedde masse utmates ved hjelp av en pumpe 44 for videre bearbeidelse til papir.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av mekanisk tremasse med en lyshet på minst 50% G.E. ved defibrering av flis i en skive-raffinør, hvor flisen før defibrering tilføres mettet vanndamp, og hvor den erholdte defibrerte masse deretter raffineres, karakterisert ved kombinasjonen av de i og

for seg kjente trekk:

a) at flisen først i det vesentlige mettes med vann før den innføres i forvarmningssonen, b) at flisen umiddelbart før innføring i defibreringssonen til-føres varmt vann i en slik mengde at den defibrerte masse som føres ut av defibreringssonen har en konsistens på 15 - 40%, c) at flisen umiddelbart før innføring i defibreringssonen opp-varmes med den mettede vanndamp så at flisen i måleapparatet holdes ved 100 - 140°C, d) at flisen defibreres uten tilsetning av kjemisk aktive midler , e) at summen av oppvarmningstiden og defibreringstiden holdes under 10 min., og f) at den erholdte masse deretter raffineres ved en temperatur under 100°C.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at raffineringen av massen skjer ved en temperatur på 40 - 70°C.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at raffineringen av massen først skjer ved en temperatur på 70 - 90°C og deretter ved en temperatur på 40 - 70°C.

4. Fremgangsmåte som angitt i kravene 1-2, karakterisert ved at flisen mettes med vann ved først å behandles med damp ved atmosfærisk trykk, at den dampbehandlede flis komprimeres og ekspanderes i vann en eller flere gan-ger og deretter befris for overskudd av fritt vann og innmates i defibratoren.