NO148078B - Fremgangsmaate og anordning ved fremstilling av fibermasse fra et lignocelluloseholdig materiale - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og en anordning ved fremstilling av fibermasse fra et fiberformet, lignocelluloseholdig materiale, ved hvilken malegods, eksempelvis i form av flis nedbrytes i et måleapparat, omfattende minst 2 relativt til hverandre roterbare maleskiver anordnet innelukket i et hus og som trykkes aksielt mot hverandre, og hvor materialet innfores fra en tilforselspassasje til en malespalte som befinrer seg mellom skivene, ved malespaltens radielle indre parti og under maleprosessen fores utover i malespalten i nærvær av en damp- eller gassatmosfære.

Innlopspassasjen er vanligvis utformet med en beholder i hvilken forvarming av utgangsmaterialet eller malegodset finner sted ved hjelp av et varmemedium, såsom damp, ved atmosfæretrykk eller derover, innen materialet innmates i måleapparatets malespalte. Det er alminnelig kjent at fibermasse får gunstige egenskaper for fremstilling av papir o.l. med hensyn til lys-het og styrke hvis maleprosessen utfores ved en temperatur og et dertil svarende damptrykk som ligger innen området 100-140°C og helst ved 118-125°C, samtidig som behandlings-tiden er kort og massens konsentrasjon eller tbrrstoffinnhold under selve malingen er relativt hoyt, såsom 15-40 %. Ytter-ligere en fordel ved den såkalte termomekaniske metode er at kjemikalier i vesentlig grad kan unngås, noe som fra et miljø-messig synspunkt er av stor betydning.

Oppfinnelsen vedrører en ny fremgangsmåte og anordning for fremstilling av fibermasse som kan gjennomføres med en vesentlig enklere appa-ratur for forvarming og overvåkning og til tross for dette har den ferdige masse de samme eller til og med bedre egenskaper enn den som erholdes i henhold til den ovenfor beskrevne

termomekani ske metode.

Oppfinnelsen bygger på det forhold at separering av fibrene

er avhengig av den temperatur til hvilken fibrenes sammenbindende midtlameller oppvarmes til under maleprosessen, særlig under dennes innledende fase. Midtlamellene som omgir de forskjellige fibersjikt eller såkalte fibervegger er rike på lignin, som

ved oppvarming gradvis går over fra hard eller fast til en mer halvfast form for deretter i stigende grad å bli klebrig. Hvis man snakker om mykningspunktet så må dette forstås det tempera-turområdet under hvilket midtlamellen ennå har en slik styrke at under påvirkning av.maletrykket mellom maleskivene skjer fibersepareringen i en stor grad ved opprulling av fiberveggenes forskjellige sjikt. Hvis malingen derimot begynnes etter at den av lignin bestående midlamellfis temperatur har nådd mykningspunktet danner midlamellen et klebrig overtrekk på det ytterste

fibersjiktet, primærsjiktet, hvorved den etterfolgende maling i stor grad vanskeliggjbres og sluttresultatet blir dårligere.

Innmatning av råmaterialet fra forvarmeren til malespaltens innlopsside har tidligere blitt utfort ved hjelp av transport-organer såsom skruer, eventuelt i kombinasjon med avvanning av materialet, hvorved sammenpresningen av materialet har vært begrenset , slik at i de tilfeller hvor malingen skjer i en dampatmosfære har en relativt fri dampgjennomstromning gjennom transportorganet vært opprettholdt. Dette gjelder for så vel det tilfellet hvor damptrykket i forvarmeren er hoyere enn i maleappratet og dampen vil da strbmme gjennom transportøren i samme retning som materialet, som når damptrykket i måleapparatet er hbyere slik at dampen vil strbmme i motsatt retning mot materialstrbmmen. I det sistnevnte tilfellet oppstår dampstrbmmen ved at damp dannes under selve maleprosessen mellom maleskivene ved at en del av den mekaniske energi omsettes til varme. I begge tilfeller ved de kjente utfbrelsesformer vil den innledende fase av malingen gjennomføres i en dampatmosfære som hever materialets temperatur ved inngangen i malespaltens fbrste sone. til nær mot midtlamellens mykningstemperatur.

Oppfinnelsen er særpreget i det vesentlige av at tilforsels-passasjen henholdsvis forvarmeren og malespaltens innlopsside skilles damptett fra hverandre ved hjelp av selve materialet. Herved forhindres at den damp-eller gassatmosfære, som ved malespaltens innlopsåpning står under overtrykk, kan strbmme tilbake gjennom tilfbrselspassasjen og. på denne måte komme i kontakt med det materialet som fores til måleapparatet, for dette når rommet som står i direkte forbindelse med rommet ved malespaltens innlopsside. Et annet trekk ved oppfinnelsen er at råmaterialet innen det innfores i malespalten utsettes for komprimering, fortrinnsvis i kombinasjon med avvanning, i en slik grad at det dannes en damptett plugg av materialet. Materialet holdes fortrinnsvis, på dets veg fra tilfbrselspassasjen til måleapparatet, ved en slik temperatur at midtlamellens mykningspunkt forst oppnås når materialet har passert og under-gått maling i en indre sone av malespalten. Ved den korte opp-holdstid i dampatmosfæren blir materialets temperatur i den innledende maling ikke så hby og vil med sikkerhet ligge under midtlamellens mykningstemperatur. Materialet holdes

således i den første malesone ved den temperatur som det har ved innløpet, henholdsvis i forvarmeren.

Under fibermaterialets fortsatte veg ut i malespalten stiger temperaturen ved dannelse av damp slik at bearbeidelsen og separeringen av fibrene, henholdsvis fibrillene avsluttes og det erholdes en fibermasse som har utmerkede egenskaper, eksempelvis for fremstilling av papir. Man oppnår således en bket fibrillering og bket svelning under bibeholdelse av fiberleng-den. Sammenlignet med den ovenfornevnte såkalte termomekaniske metode blir sluttresultatet forbedret ved at forvarmingen kan skjerved et temperaturnivå hvor midtlamellen . oppmykes i en slik grad at fibrilleringen skjer i fiberveggen under betingelser som i hby grad påvirker den ferdige masses egenskaper .

Den med en forvarmer forsynt tilfb rselspassasje tilfores for^ trinnsvis et varmemedium såsom damp, dog slik at temperaturen ikke overstiger 100°C. i malehuset opprettholdes et overtrykk som kun dannes av den under målearbeidet utviklede damp. Den til maleappratets roterende maleskive eller maleskiver tilforte energi er stor og omsettes ved friksjon etc. delvis til varme som tilveiebringer en fordampning av det vann som folger med malegodset inn i malespalten. Dette dampovertrykk kan på kjent måte holdes på en passende verdi ved at folere styrer en egnet utblåsningsventil anbrakt i avlbpet fra malehuset.

Oppfinnelsen skal i det folgende beskrives under henvisning til de vedlagte tegninger som eksemplifiserer en utforelsesform, hvor også andre av oppfinnelsens særpreg fremgår.

I fig. 1 vises mer eller mindre skjematisk et sidesnitt delvis i seksjon,, av en anordning for utforelse av fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen.

I fig. 2 vises i storre skala et sideriss av maleanordningen og den til denne tilsluttede,komprimerende transportor.

På tegningene betegner 10 en innlopstrakt for råmaterialet såsom treflis, som av en transportor 12 tilfores en forvarmer 14. I denne skjer en forvarming av flisen til en temperatur på hoyst 100°C, eksempelvis ved tilforsel av damp gjennom rorledningen 16. i hvilken er anbrakt en ventil 17. Forvarmeren 14 står fortrinnsvis under atmosfæretrykk. Fra en transportor 18 i forvarmerens bunn forer en rorledning 20 til innlbpet av en transportor 22 som komprimerer materialet for dannelse av en damptett overforing av materialet fra forvarmeren 14 til måleapparatet eller defibrbren 24.

Transportbren omfatter i utfbrelseseksemplet et innvendig i materialstrbmmens retning konisk avsmalnende ror, i hvilket arbeider en skrue 26 av samme form. Tri rorets avlbpsside kan være anordnet et mottrykksorgan 27, eksempelvis i form av en rbrstuss, i hvilken er anordnet klaffer 28 som påvirkes av en stempelservomotor 30, slik at de kan svinges inn i stus-sens indre kanal 32 som danner en passende sylindrisk fort-settelse av skruekompressorens ende og således minsker denne kanals gjennomstrbmningsareale. På denne måte oppnås en hby kompresjon av utgangsmaterialet. eksempelvis flisen. Denne inneholder vanligvis vann som under komprimeringen presses ut gjennom perforeringene 34 i kompresjonsrbret og fjernes via en trakt 35.

Måleapparatet eller defibrbren 24 omfatter maleskiver som er innesluttet i et hus 36 og i utfbrelseseksemplet omfatter dette en stillestående maleskive 38 som er fast forbundet med huset og en maleskive 40 bæres av en aksel 44 som drives av en motor 42. Mellom motoren og den roterende maleskive er på kjent måte anbrakt en servomotor 45, eksempelvis en slik som fremgår av svensk patent nr. 179.33 7, med hvilken et i aksialretningen forskyvbart, men ikke roterbart trykkstempel overforer trykket i et hydraulisk medium via et aksellager til den roterende aksel 44 for å gi det nødvendige hbye maletrykk i malegodset som strbmmer ut radielt mellom de mot hverandre vendende maleoverflater i spalten 48 mellom maleskivene.

Til malehuset 36 er det nedentil tilsluttet en utfbrselsrbr-ledning 50 for den ferdige fibermasse, i hvilken er anbrakt en utblåsningsventil 52. I malehusets indre opprettholdes et trykk som overvåkes av et fbleorgan 54 anbrakt i husets indre. Ventilens frie avlbpsareal innstilles ved hjelp av en servomotor 56, i hvilken arbeider et stempel 58, som ved hjelp av en overforing 60 er forbundet med ventilens 52 bevege-lige ventillegeme. Servomotoren tilfores et trykkmedium gjennom rørledningene 62 som munner ut på hver side av stempelet 58, og som er tilsluttet til en regulator 64. Denne står via rorledningen 66 i forbindelse med en trykkmiddelkilde som påvirkes av fbleorganet 54 via rorledningen 68. ved hjelp av denne anordning kan et overtrykk av bnsket nivå opprettholdes i malehuset 36.

Når utgangsmaterialet komprimeres i transportøren 22 henholdsvis maletrykkorganet 27 fortsetter det videre inn gjennom et passende sylindrisk ror 70, hvis frie ende er anordnet nær inntil den roterende maleskive 40. Dette ror er anordnet eksentrisk i forhold til skivens 40's rotasjonsaksel for å lette oppslåingen av den hbykomprimerte materialplugg for materialet fores inn i spalten 48 mellom maleskivene. Pluggen kan slås los ved at det på passende måte er anordnet en eller flere vinger 72 på maleskiven 40 rett foran det eksentriske rorets 70 utmunning. Materialet er således så kompakt når det presses frem i roret 70 at det med et særskilt middel må brytes i styk-ker til dets tidligere konsistens. I forbindelse med komprimeringen av råmaterialet utpresses av dette tilstedeværende vann slik at materialets tbrrstoffinnhold kan gå opp til 50% eller mer. Denne hoye konsistens er ikke egnet for maling hvorfor vann tilfores ved spaltens 48 innside gjennom en eller flere rørledninger 74. Videre kan vann tilfores på en eller flere radier i selve malespalten, slik som antydet med pilene 76.

Da malegodset av trykktransportorganene 22, 27 komprimeres dannes det i avlopskanalen 70 en propp eller plugg av kompakt materiale som forhindrer passasje av damp gjennom kanalen. Samtidig har materialet en temperatur som er sållav at midtlamellene som binder fibrene sammen befinner seg under eller på den undre del av mykningskurven. Materialet kan således ha en temperatur fra noe over romtemperatur og opptil 100°C. Dette medforer at når materialet fores ut i en forste sone av spalten 48 mellom maleskivene 38, 40 og der utsettes for det hbye arbeidstrykk mellom de med hby periferihastighet relativt roterende maleskivene så vil midtlamellene og de innenfor beliggende fibervegger briste henholdsvis rulles opp mens midtlamellene ennå er halvfaste og således ikke har nådd eller overskredet mykningstemperaturen, ved hvilken de blir klebrige eller går over i en halvflytende tilstand.

Materialets torrstoffinnhold skal under malingen være hoyt på samme måte som for den ovenfornevnte termomekaniske metode, dvs. 15-40 %, hvilket reguleres ved tilforsel av vann ved henholdsvis stedene 70 og 76. Som folge av det hoye arbeidstrykk og den store energitilfbrsel utvikles det i malesonen en dampatmosfære under overtrykk. Denne dampatmosfære kan ikke trenge tilbake mot materialets bevegelsesretning, da det ikke finnes noen forbindelse bakover til dette, men isteden må dampatmosfæren avgå til malehuset. fra hvilketden sammen med det ferdige materialet fores ut gjennom avlbpet 50 og det i denne anordnede utblåsningsventil 52.

I malespaltens ytre sone kommer fibermaterialet i kontakt med en dampatmosfære som har Tbyere temperatur enn materialets temperatur i den indre malesonen, slik at målearbeidet under fibrenes oppspaltning til fibriller kan gjennomføres under gunstige betingelser. Trykket og dermed temperaturen i atmosfæren i malehuset kan varieres ved hjelp av ventilen 52 og foleorganet 54.

Avlopsroret 50 kan være tilsluttet til en syklon 80 for å skille de malte fibere fra den medfolgende damp.

Rommet mellom malehuset og kanalen 70, i hvilken den damptette materialplugg opprettholdes og fores fremover mot maleskivens 38 nedbrytningsanordning 72 er utover helt innesluttet ved hjelp av et hode 82. Selv mottrykksorganet 2 7 er innelukket ved hjelp av en hylse 84, slik at damp ikke kan lekke ut mellom strupe-anordningene 28.

Det kan forstås at ifolge oppfinnelsen kan fibermasser frem-stilles som for forskjellige anvendelsesformål har passende egenskaper ved å variere temperaturen, henholdsvis trykket i dampen i måleapparatet. Hvis således dampens temperatur velges i et område over 100°C såsom i området 115-135°C erholdes en termomekanisk masse med maksimal fibrillering. Velges temperaturen hbyere enn 135°C vil massens fibere frilegges uten noen nevneverdig fibrillering.

Den kraftige komprimering av utgangsmaterialet såsom flis,

for måleapparatet medfbrer en viss forbedret bearbeiding og oppmykning av materialet, hvilket på en gunstig måte påvirker den etterfblgende maleprosess. Hvis det til utgangsamterialet tilsettes kjemikalier, såsom blekemiddel, kan den komprimerte innmatningsanordning ifolge oppfinnelsen også tjene til en jevn fordeling av væske og fjernelse av ikke-bnsket overskudd.

Skruetransportbren som samtidig komprimerer fibermaterialet

er i og for seg kjent og har i lang tid vært anvendt for im-pregnering med kjemikalier, samt å fjerne vann og luft fra fibermaterialets porer. Ved en etterfblgende avlastning

vil den kjemikalieinneholdende væske på overflaten av det komprimerte materialet innsuges i porene slik at fibermaterialet blir gjennomimpregnert med kjemikalievæsken. I dette tilfellet er det ikke sporsmål om å oppnå en damptett plugg av tremate-rialet som forhindrer tilbakestrbmning av det dampovertrykk som dannes i måleapparatet.

Oppfinnelsen er naturligvis ikke begrenset til den viste ut-fbrelsesform, men kan varieres på flere måter innen rammen for foreliggende oppfinnelse. Det er tenkbart å sette forvarmeren under et overtrykk som erholdes ved den aktuelle temperatur og trykket av en ikke-kondenserbar gass såsom luft, slik at flisen også i dette tilfellet oppvarmes til en temperatur som ligger under den som er fremherskende i sluttrinnet av den etter-følgende maleprosedyre. Som varmemedium for forvarmeren 14 kan anvendes damp som genereres i måleapparatet og som uttas fra denne gjennom en rorledning som er knyttet til malehusets indre, for eller etter malespalten sett i materialstrbmmens retning mellom maleskivene.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av fibermasse fra et fibrøst lignocelluloseholdig materiale hvor malegodset eksempelvis i form av flis, etter forvarming, nedbrytes i et måleapparat (24) omfattende minst to i forhold til hverandre roterbare, i et hus (36) innelukket og under aksielt trykk mothverandre stående maleskiver (38,40) hvor materialet innføres fra en tilførselspassasje til en mellom skivene anordnet: malespalte (48) ved dennes radielle indre parti og under maleprosessen føres utover i spalten i nærvær av en dampatmosfære, karakterisert ved at råmaterialet før det innføres i malespalten utsettes for en komprimering, fortrinnsvis i kombinasjon med avvanning, i en slik grad at en damptett plugg av materialet dannes i tilførselspassasjen, hvilken plugg deretter nedbrytes av et med en roterende maleskive (40) forbundet organ (72) umiddelbart før innføring i malespalten mellom skivene, slik at generert damp i malespalten under maling kun kan strømme radielt ut fra spalten til malehuset og deretter først etter en innledende fase av målearbeidet oppvarme fiberene til den genererte damps relativt høye temperatur.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at råmaterialet forvarmes til en temperatur som ikke overstiger 100°C.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det i huset (36) opprettholdes en overtrykksatmosfære.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den nedbrutte materialplugg tilføres vann før materialet underkastes maleprosessen i malespalten (48).

5. Anordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge kravene 1-4 ved fremstilling av fibermasse fra et fibrøst, lignocelluloseholdig materiale, hvor malegods, eksempelvis i form av flis nedbrytes i et måleapparat (24) omfattende minst to i forhold til hverandre roterbare,i et hus (36) innelukkede og under aksielt trykk mothverandre stående maleskiver (38, 40) hvor materialet innføres til en tilførselspassasje til en mellom skivene anordnet malespalte (48) ved dennes radielle indre parti og under maleprosessen føres utad i spalten i nærvær av en dampatmosfære, karakterisert ved at i tilførselspassasjen er mellom en forvarmer (14) og malespaltens innløpsside anordnet et komprimerende tran-sportorgan (22),som under høyt trykk komprimerer malegodset til en damptett plugg, hvilken plugg hindrer damp fra å strømme tilbake til tilførselspassasjen, og at det ved munningen av den kanal (70) i hvilken den damptette plugg frem-mates er anordnet et utspring (72) på den roterbare maleskive (40) for oppslåing av pluggen umiddelbart innen malegodset innføres i malespalten (48), samt at dampavløpet fra malehuset (36) er slik anordnet at den under matningen genererte damp i det vesentlige kun kan strømme radielt ut fra malespalten (48).

6. Anordning ifølge krav 5, karakterisert ved at forvarmeren (14) er anordnet for å tilføres et varmemedium for forvarming av malegodset til en temperatur som ikke overstiger 100°C og i hvilken det fortrinnsvis hersker atmosfæretrykk.

7. Anordning ifølge kravene 5 eller 6, karakterisert ved at transportorganet (22) samtidig er utformet som en avvanner (34) for malegodset.

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at munningen av kanalen (70) for den damptette plugg er anordnet eksentrisk i forhold til maleskivene (38,40).

9. Anordning ifølge kravene 5-8, karakterisert ved en eller flere rørledninger (74, 76) for tilføring av vann tii malegodset for derved å senke dets tørrstoffinn-hold før det underkastes maling i malespalten.