NO149973B - Fremgangsmaate og anordning for findeling og raffinering av fiberholdig raamateriale - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte og anordning for findeling og raffinering av fiberholdig råmateriale.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en anord-

ning for findeling og raffinering av rått, fiberholdig material, slik som trevirke, idet materialet føres inn i et forbehandlingskammer for å behandles med damp og væske, for deretter å findeJLes mellom mot hverandre vendende defibreringsskiver, hvoretter det dannede produkt viderebehandles med væske.

Masseraffinering er et teknisk område som er høyt utviklet

og er gjenstand for stadig forskning. Et hovedmål for forsk-ningen er midler og metoder for å oppnå den største mengden masse og den beste kvalitet for massefibre fra en gitt mengde fibermaterial til de laveste kostnader. Dette formål får stør-rø betydning ettersom tilførselen av naturlige råvarer minsker, særlig trærne i skogen. Når råvaretilførselen minskes stiger råvareprisene. Et problem som henger sammen med dette er de stadige økningene i arbeidskostnader for å frembringe og be-handle råmaterialet. I tillegg til disse grunnleggende prob-lemer kommet det faktum at mengden av de anordninger sem råmaterialet må passere ved konvensjonell raffinering er meget stor og kostbar. Det er da sett helt bort fra det faktum at konvensjonelle raffineringsinstallasjoner opptar stor og verdifull plass. Den store mengden av utstyr som vanligvis kreves for å oppnå et effektivt raffineringssystem bestemmer dessuten den tid som kreves for å oppnå en gitt mengde masse-produkt. Alt dette påvirker avkastningen og kostnadene.

Fra US-PS 2164040 er det kjent å forbehandle fiberholdig material med en væske, under opprettholdelse av samme trykk og temperatur i en koker, en raffinør og et etterbehandlings-kammer. Etter oppdeling presses materialet sammen til en kake, som behandles med lut, syre eller saltoppløsning. Materialet befinner seg i væsken helt til det etter raffinering føres til en presse for utpressing av væsken.

Videre er det, f.eks. fra norsk patentskrift nr. 62134, kjent

å forvarme fiberholdig material, og etterfølgende defibrering under opprettholdelse av trykk og temperatur, og fra Svensk Papperstidning, årg. 56, 1953, side 550-558, er det kjent å utføre kjemisk forbehandling i forbindelse med defibrering.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å komme frem til en fremgangsmåte som gir en forbedring med hensyn til å oppnå et produkt av høy kvalitet og med høyt fiberutbytte, samtidig med at omkostningene og behandlingstiden reduseres i forhold til ved kjente fremgangsmåter. Dessuten er det et formål å komme frem til et apparat som er velegnet for gjennomføring av fremgangsmåten.

I henhold til oppfinnelsen oppnås dette med henholdsvis en fremgangsmåte og et apparat som er angitt i de etterfølgende patentkrav 1 og 7.

Fremgangsmåten og anordningen i henhold til oppfinnelsen skal

i det følgende beskrives i detalj under henvisning til den vedføyde tegning.

I begge figurer er like deler betegnet med like henvisnings-tall.

Fig. 1 viser en første utførelsesform av et apparat i henhold til oppfinnelsen.

En dobbelskiverraffinør lo omfatter et hus som avgrenser et kammer som har et midtparti bestående av vegger 11 og 12 som ligger i plan generelt parallelle med de mellomliggende defibreringsskiver. Veggene 11 og 12 er forbundet med hverandre ved midtpartideler 13 av en form som gjør det mulig å anbringe dem i avstand fra og i generelt konsentrisk forhold til de motsatte sider av skivene. Raffinørhuset fullstendiggjøres ved topp- og bunnpartier 14 som er festet til midtpartidelene 13 og veggene 11 og 12.

"M & D"-kokeren har et skråttstilt, rørformet hus, med en langsgående," midtre skillevegg som avgrenser rom som skov-

ler beveges i ved hjelp av et endeløst kjede. Det fiberholdige materialet tilføres kokeren 22 ved dens øvre ende, gjennom et innløp på den ene siden av skilleveggen. Materialet faller ned i en kokevæske, med overflate 23. Skovlene driver materialet nedover, rundt den nedre ende av skilleveggen, og deretter oppover i rommet under skilleveggen.

Det sentrale element i anordningen er raffinøren 10. Innløpet til raffinøren er i dette tilfelle tilknyttet utløpet fra "M & D"-kokeren 22 mens utløpet er knyttet til innløpet av et vertikalt vaskerør 30. Den nedre ende av dette er forsynt med et tømmeutløp over hvilket en trykkavtetning opprettholdes ved hjelp av en tømmeventil 31. Innløpet til kokeren 22 er forsynt med en lignende ventil (ikke vist).

Under drift kan bunnen i den skråstilte koker inneholde koke-lut, f.eks. kraftlut. Damp innføres på toppen av kokeren gjennom mellomstykket 3 3 fra en passende damkilde. På denne måten etableres temperatur- og trykkforholdene i det foreliggende system. Treflis innføres gjennom kokerens innløp i rå naturlig tilstand uten medfølgende væske og beveges gjennom luften for impregnering og kjemisk kondisjonering før den føres til raffi-nøren 10. Det anvendte trykk kan i dette tilfelle ligge mellom 0,7 og 10 kp/cm 2, avhengig av råmaterialets art og det forønsk-ede sluttprodukt, men fortrinnsvis mellom 5 og 10 kp/cm 2. Temperaturområdet er begrenset til mellom 140 og 200°C.

Det vil sees at under disse betingelser kondisjoneres og impregneres flisen og leveres til raffinøren 10 i kokt tilstand. Selv om flisen impregneres vil den etterlate seg væsken fra badet. Ligninet mykgjøres under kokeprosessen. Defibreringsskivene vil skille flisen i de langsgående plan mellom fibrene, og produktet som strømmer ut fra raffinøren vil være lange fibre, i dette tilfelle på forhånd kondisjonert.med kjemikalier. Fibrene faller fra raffinøren 10 ned i vaskerøret 30 for hurtig sirkulering og fullførelse av prosessen.

Røret 30 er vertikalt og inneholder en svak vaskelut. Røret er dessuten forsynt med et innløp 33 ved bunnen for kontinuerlig innføring av svak vaskelut og et utløp 34 ved toppen for ut-tømming av vaskeluten. Det opprettholdes således en forutbe-stemt mengde svak vaskelut i røret 30 som vaskemedium for fib-rende som beveger seg gjennom væsken ved tyngdekraftens hjelp. Samtidig utsettes fibrene for ytterligere vaskevirkning av den mostrømmende svake lut. Idet fibrene forlater vaskeren 30 er

de befridd for medfølgende uønskede partikler.

Fibrenes bevegelse gjennom røret 30 vil ta fem til femten minutter, avhengig av den forønskede vaskevirkning. Fibrene er deretter klar for videre umiddelbar behandling ved frem-stilling av Kraft-type produkter. Flisens oppholdstid i kokeren 22 vil variere fra tre til førti minutter, mens strøm-ningstiden gjennom raffinøren 10 vil dreie seg om sekunder. Den nøyaktige tid vil avhenge av formålene med behandlingen.

I det beskrevne apparat kan det forønskede sluttprodukt oppnås i løpet av et tidsrom som er betydelig mindre enn det som medgår i konvensjonelle metoder. For høyt utbytte kan den medgåtte tid for gjennomføring av prosessen i noen tilfeller være mindre enn ti minutter.

Anvendelsen av en anordning som er beskrevet i forbindelse med fig. 1 vil klargjøres av de følgende spesieller eksempler:

A. En blanding av vanlig gran- og Douglas edelgranflis

(60 kg ovnstørket) ble ført gjennom et bad i kokeren 22, idet badet var fremstilt ved å løse 2 kg natriumsulfid og 6,6 kg natriumhydroksyd i 370 liter vann. Det anvendte trykk i systemet var 10 kp/cm^ og temperaturen ca. 180°C.

Den styrte føring av treflisen gjennom kokeren til raf-finøren ble utført i løpet av 14-15 minutter. Virkningen av raffinøren 10 og vaskeren 30 var som beskrevet i forbindelse med utførelsesformen i fig. 1, og hele operasjon-en tok mindre enn tredve minutter. Det resulterende utbytte av denne behandling var 70% fibermasse med K-tall på 123. Mengden tilsatte kjemikalier, uttrykt som aktivt' alkali, var 5,4% Na^ O. Dette viser at man ved foreliggende oppfinnelse kan oppnå et høyt utbytte av fiber med utmerk-ede egenskaper på relativt kort tid og med en betraktelig reduksjon av utstyr og behandlingsomkostninger sammenlig-net med vanlige defibreringsprosesser for oppnåelse av de samme resultater.

B. En behandling av den samme mengde flis som i eksempel A

ble ført gjennom et bad i kokeren 22 (fig. 1). Badoppløs-ningen ble fremstilt ved å løse 4 kg Na£S og 13,2 kg NaOH

i 370 liter vann. Tiden for føring av flisen til raffi-nøren var den samme som i eksempel A, dessuten var tryk-ket og temperaturen den samme. I dette tilfelle var ut-byttet 60%, med et K-tall på 93,4. Massen som i dette tilfelle ga et utbytte på 60% vil ha de samme styrkeegenskap-er som Kraft-masse fra den samme flis fremstilt på vanlig måte men som oppviser et utbytte på mindre enn 50%.

Fig. 2 viser en annen utførelsesform av et apparat til oppfinnelsen. Utløpet til raffinøren 10 er forbundet med annen "M & D"-koker 22'. I forbindelse med utløpet fra den annen koker 22'er anordnet en beholder 40. Ved utløpet fra beholderen 40 er anordnet en tømmeventil 41 som avtetfeer systemets utløp.

Fibrene ledes fra kokeren 22'til og gjennom beholderen 40, som er kontinuerlig åpen fra topp til bunn og dannet av et kammer hvori væske holdes opp til et nivå 42. Arten av væske vil være bestemt av den nødvendige kondisjonering av fibrene. Der er nat-urligvis damp over nivået 42 bestemt av dampen i systemet, skjønt det her kan være anordnet en tilførselsledning for ytterligere damp om nødvendig.

Fibrene faller ned gjennom et øvre dampområde og gjennom en dusj av væske levert gjennom en forbindelse 44. På denne måten skjer det både en vasking og en kondisjonering. Hvis partikler forsatt er festet til fibrene, vil de bli vasket bort ved denne behandling. Under fibrenes bevegelse ned gjennom vøsken blir de passende kondisjonert ved de i væsken forefinnende kjemikalier. Det er verdt å legge merke til at det øvre væskenivå

i kokeren 40 vil holdes på systemets temperatur på grunn av kontakten med dampen i toppen av kokeren 40. I den nedre del av huset 40 føres det inn en svakere og kaldere kokevæske gjennom dyser 45. Disse er anordnet slik at de trekker fibrene nedover mot og gjennom utløpet 46. Herunder vil resterende partikler på filtrene vaskes ut og fibrene kjøler idet de føres mot utløpsventilen 41.

Anordningen vist i fig. 2 er således en videreutvikling av anordningen vist i fig. 1, og brukes i det tilfelle hvor det kreves en mer omfattende kondisjonering av fibrene før deres anvendelse.

Det er verdt å legge merke til at i hver av anordningene og fremgangsmåtene i henhold til oppfinnelsen oppnås defibrerings-og kondisjonerings- eller blekoperasjonen på et råstoff som hovedsakelig foreligger i sin naturlige form og dermed i rela-tiv høy konsentrasjon. Teknikken med å anvende trykk-kondisjon-eringssystemet og måten å mykgjøre og defibrere fibrene på gjør at anordningene unngår store energibehov eller høytrykksdamp, samtidig som fibrene defibreres på en overraskende hurtig måte. Videre skal det legges merke til at anordningene har et lite behov for rørledninger på grunn av det lave væskeforbruk.

I apparatet vist i fig. 2 finner det sted en kjemisk prekon-disjonering under de tidligere beskrevne temperatur- og trykk-forhold, hvilket bevirker mykgjøring av ligninet før defibrering. Bruken av dette system vil være bestemt av om fibermaterialet er slik at det forønskede sluttprodukt nødvendiggjør en kraftigere kjemisk kondisjonering av fibrene. Der vil imidlertid bli en forandring i den totalt medgåtte tid for kondisjoneringen siden råmaterialets bevegelse gjennom den første koker 22 vil ta fra 3 til 40 minutter i avhengighet av formålene. Damp vil også bli tilført for å holde anordningen under et trykk på fortrinnsvis 5 til 10 kp/cm 2, idet temperaturen vil være mellom 140 og 200°c.

I anordningen i fig. 2 kan det være ønskelig å anordne en mellomliggende ventil mellom raffinøren lo og den annen koker 221 Dette vil bli gjort hvor de spesielt anvendte kjemikalier bør hindres i å strømme tilbake til raffinøren 10, fordi raffinøren kan skad-es av kjemikaliene.

I alle tilfellene oppnås et relativt ferdigbehandlet fiber-produkt som praktisk talt er umiddelbar anvendelig for frem-stilling av papir eller lignende produkter. På grunn av elimi-nering av forstyrrende ventiler i foretrukne utførelsesformer

av oppfinnelsen oppnås en hurtig behandling og et minimal kraft-forbruk. Hvor ventiler måtte bli anvendt på grunn av et spesielt material eller behandling, vil de bare bli brukt til å kontroll-ere uønskede virkninger av frigjorte gasser under koking, f.eks. bevegelse av slike gasser tilbake i foranliggende apparatenhet-er.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for findeling og raffinering av rått, fiberholdig material, slik som trevirke, idet materialet føres inn i et forbehandlingskammer (22) for å behandles med damp og væske, fer deretter å findeles mellom mot hverandre vendende defibreringsskiver, hvoretter det dannede produkt viderebehandles med væske, karakterisert ved at materialet i forbehandlingskammeret bringes i kontakt med en første behandlingsvæske under påvirkning av et tilstrekkelig damptrykk til at materialet impregneres av væsken og kokes for å mykne materialet i plan mellom fibrene, at det således impregnerte og kokte fibermateialet hovedsakelig fritt fra annen væske enn den væsken som er innesluttet i materialet overføres til et defibreringskammer (10), som holdes på hovedsakelig samme temperatur og trykk som behandlingskammeret, at materialet i defibreringskammeret ledes mellom et par i motsatte retninger roterende skiveelementer som utøver torsjons- og skjærkrefter på fibermaterialet for å dele dette opp i langstrakte fibre med et mykt belegg av lignin eller andre stoffer som finnes i materialet, samt at de belagte fibrene, hovedsakelig frie for medfølgende væske, utsettes for virkningen av en annen behandlingsvæske ved hovedsakelig samme trykktilstand som defibreringskammeret, slik at fibrenes belegg forandres og det oppnås ferdige fibre for anvendelse i et sluttprodukt.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at fibermaterialet i forbehandlingskammeret (22) behandles med den første behandlingsvæsken 13-40 minutter innen det impregnerte og kokte materialet overføres til defibreringskammeret (10), samt at de fra mellomrommet mellom de innbyrdes roterende skiveelementer tilførte, belagte fibrene i 5-60 minutter behandles med den annen behandlingsvæske, som forandrer fibrenes belegg.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at fibermaterialet som føres inn i forbehandlingskammeret (22) kontinuerlig ledes gjennom behandlingsvæsken som befinner seg som et bad i forbehandlingskammeret , hvorunder damptrykket i kammeret holdes pa mellom 5,25 - 10,50 kp/cm 2 samt at fibrene vaskes etter at de kommer ut fra mellomrommet mellom de roterende skiveelementene og deres belegg behandles for å befris for uønskede partikler, hvoved hele behandlingsforløpet gjennomføres ved hovedsakelig samme temperatur- og trykktilstand samt under en kontinuerlig strømning for fibermaterialet og de oppnådde fibrene.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, karakterisert ved at omgivelsene som fibermaterialet og fibrene transporteres gjennom holdes på- et trykk av ca. 10,50 kp/cm<2> og en temperatur på ca. 180°C, samt at tiden for fibermaterialets behandling i den første behandlingsvæsken ligger på omtrent 10-15 minutter, at tiden som fibermaterialet utsettes for torsjons- og skjærkrefter er begrenset til noen få sekunder, og at tiden for vasking av de oppnådde fibrene ligger på omtrent 5-15 minutter.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-4, karakterisert ved at den første behandlingsvæsken fremstilles av natriumsulfid, natriumhydroksyd og vann.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 1-5, karakterisert ved at fibrene vaskes umiddel-bart før de føres ut av miljøet som er satt under trykk, der fibrene ble fremstilt og belegget behandlet.

7. Anordning for findeling og raffinering av fiberholdig råmateriale, slik som f.eks. trevirke, i henhold til fremgangsmåten angitt i krav 1 til 6, hvilket apparat omfatter et forbehandlingskammer med midler for innføring av fragmenter av det fiberholdige material i rå og naturlig tilstand, en mekanisk anordning som omfatter et par defibreringsskiver, og et annet kondisjoneringskammer med midler for innføring av det defibrerte material etter behandlingen med defibreringsskivene, midler for tilførsel av en væske i kammeret og midler for ut-føring av fibrene, karakterisert ved at forbehandlingskammeret (22) inneholder et bad av en første behandlingsvæske samt en anordning for å motta og i en kontinuerlig strøm transportere fibermaterialet gjennom badet, dels til organer (33) tilslut-tet forbehandlingskammeret (22) for i dette å opprettholde en bestemt temperatur- og trykktilstand, slik at fibermaterialet impregneres og kokes under transporten gjennom badet, dels et defibreringskammer (10) samt organer for å overføre, til defibreringskammeret det i badet impregnerte og kokte fibermaterialet i en tilstand hovedsakelig fri fra en annen væske enn den som i og for seg befinner seg inne i fibermaterialet, hvorved defibreringskammeret (10) inneholder rett ut for hverandre be-liggende skiveelementer som roterer i forhold til hverandre for å utsette fibermaterialet som passerer mellom skivene for torsjons- og skjærkrefter i den hensikt å oppdele fibermaterialet langs langsgående plan mellom fibrene til langsstrakte fibre, dels reguleringsorganer for å holde defibreringskammeret og hele anlegget på samme temperatur- og trykktilstand som forbehandlingskammeret(22), ved hvilken tilstand impregneringen og kokingen av fibermaterialet skjer uten mekanisk nedbryting før passeringen mellom de roterende skiveelementene, hvorved de fra disse oppnådde, langsstrakte fibrene har et belegg dannet under fri flytning av de stoffer mellom fibrene i fibermaterialet som ved impregneringen, kokingen og oppdelingen er myknet, og at kondisjoneringskammeret (30, 22<*>) inneholder et bad bestående av den annen behandlingsvæske, i hvilken fibrene fra defibreringskammeret (10) innføres, og er slik utformet at de belagte fibrene forflyttes gjennom badet og føres ut i behandlet tilstand, hovedsakelig klare til anvendelse i et sluttprodukt .

8. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at kondisjoneringskammeret (30, 22<4>) er tilkoblet organer (33, 34, 42) for vasking av fibrene før disse føres ut fra anordningen i kondisjonert tilstand.

9. Anordning som angitt i krav 7, karakterisert ved at kondisjoneringskammeret er en koker (221) med samme trykktilstand som def ibrerings-kammeret, slik at de passerende fibrene ikke bare behandles, men også gjennomgår en andre koking.

10. Anordning som angitt i krav 7-9, karakterisert ved at kondisjoneringskammeret er utstyrt med organer (44,45) for først å vaske, deretter å kondisjonere og til slutt å kjøle fibrene, innen disse føres ut av den under trykk stående omgivelse som opprettholdes i kokeren, defibreringskammeret og kondisjoneringskammeret.